科學家改進了刻畫原子裂變過程的數學模型
東京工業大學的科學家擴展了現有的數學模型，以便更準確地預測裂變反應的產物。
核裂變，又稱核分裂，是指由重的原子核(主要是指鈾核或鈈核)分裂成兩個或多個質量較小的原子的一種核反應形式。原子彈或核能發電廠的能量來源就是核裂變。其中鈾裂變在核電廠最常見，熱中子轟擊鈾-235原子後會放出2到4個中子，中子再去撞擊其它鈾-235原子，從而形成鏈式反應。數十年來，全球的核電廠都採用原子核裂變的方式製造能量，但我們對裂變反應的理解和模型仍存在許多空白。
科學家們觀察到有四種不同的裂變模式，它們廣泛地表明了裂變事件將產生何種類型的核物種。這些模式與原子核完全分裂之前的兩個原子核形狀有關。其中兩種模式被稱為標準模式，是非對稱的，它們產生較輕的原子核和較重的原子核。
一個用於預測各種重元素裂變產物(及其動能)的模型涉及3-D朗格文方程。這些三維方程是基於三個變數，這三個變數是為即將經歷二元裂變的原子核定義：左右碎片中心之間的距離，碎片尖端的變形，以及它們在質量或體積上的差異，稱為質量不對稱。雖然這個模型已經成功地應用於許多重核，但是它的預測與一些費米(256Fm和258Fm)和門捷列夫(260Md)同位素的實驗數據並不相符。
研究人員通過使用4D Langevin方程改進了該模型，將之前的碎片裂紋尖端變形量用兩個獨立變數代替，允許兩個碎片的尖端變形量不同。該模型可以較好地解釋個別同位素的標準裂變模式和超短裂變模式。
並利用它來理解這些同位素髮生了什麼，新模型的方程如圖所示：核即將發生裂變的模型，將表示碎片尖端變形的變數替換為兩個自變數，這兩個自變數允許這些變形是不同的，而不是總是對稱。這種額外的自由度使得新模型可以解釋以前在使用前一個模型時所無法解釋的問題。256Fm和258Fm裂變產物的實驗數據(如圖所示，256Fm和258Fm裂變產物的實驗和計算數據)表明：256Fm的標準裂變模式佔主導地位；而258Fm和260Md的數據表明：超短裂變模式的可能性更大。研究小組推斷，兩個碎片在斷裂時的形狀對裂變產物及其動能有非常相關的影響，迫使碎片尖端的變形相等會導致不準確預測。
三維(3D)朗格文方程無法解決這些同位素在標準裂變模式和超短裂變模式之間觀察到的轉變。現在，有了4-D Langevin模型，這就解決了。該小組計划進一步改進該模型，以增強其對許多原子核裂變反應的預測能力。使用這樣的模型，研究人員可以更容易地研究和解釋與裂變有關的現象，如上述費米同位素的躍遷。模型讓我們能夠以一致的方式解釋這些轉變是如何發生的。如果我們要繼續改進現有的核技術以確保可靠的能源來源，就必須更好地理解和更好地模擬核裂變。
本文譯自 phys，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。
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