Специалисты Томского политехнического университета и Объединенного института ядерных исследований успешно создали физико-математическую модель, детально описывающую поведение частиц в процессе ядерного деления. По мнению разработчиков, это новшество значительно улучшит управление технологиями в атомной энергетике и ядерной медицине. Данная научная работа, поддержанная грантом РНФ, была опубликована в престижном журнале Physical Review C.
Процесс деления атомного ядра включает в себя несколько последовательных фаз изменения формы. Изначально ядро имеет сферическую или эллипсоидную форму, затем преобразуется в подобие гантели, после чего происходит его распад на два отдельных осколка.
Ядро атома, содержащее четное число протонов и нейтронов и находящееся в состоянии с нулевым суммарным угловым моментом (или “нулевым спином”) до деления, после распада дает осколки, которые начинают вращаться, обретая угловые моменты в диапазоне от 0 до 10.
Разработанная учеными модель дает возможность квантово-механически объяснить, как угловые колебания, предшествующие разрыву делящегося ядра, приводят к формированию моментов импульса у образующихся осколков.
Николай Антоненко, руководитель проекта и профессор Инженерной школы ядерных технологий Томского политехнического университета, объяснил, что ядерное деление может протекать множеством путей, приводя к образованию различных пар осколков, а не только двух конкретных. “Созданная нами квантово-механическая модель позволяет прогнозировать вероятность появления осколков с определенными массой и зарядом, а также вычислять распределение их угловых моментов”, — отметил он.
Он также подчеркнул, что угловые перемещения фрагментов в момент распада можно интерпретировать как отдельные колебания малой амплитуды вблизи так называемой касательной конфигурации. Угловой момент, возникающий вследствие этих колебаний, компенсируется общим вращением всей системы. Эта концепция позволяет модели объяснить характерную пилообразную зависимость углового момента фрагмента от его массы.
Ученый уточнил: “Когда ядро делится, образуются два фрагмента, обладающие специфическими вращательными состояниями. При распаде этих состояний происходит испускание гамма-квантов. Наша модель дает возможность определять характеристики делящихся фрагментов, такие как их масса, заряд и момент импульса, основываясь на энергии испускаемых гамма-квантов”.
Помимо этого, он добавил, что данное фундаментальное открытие позволит глубже осмыслить механизмы распределения энергии и углового момента между образовавшимися осколками, а также выявить, какие именно виды движений, предшествующие разрыву ядра, определяют их конечные свойства.
Полученная информация может стать основой для разработки методов управления процессом ядерного деления, что позволит оптимизировать выход конкретных видов фрагментов.
Дальнейшие исследования будут направлены на изучение взаимосвязи между угловым моментом осколка и его полной кинетической энергией.
Дмитрий Верхов