Физико-математическая модель, описывающая динамику частиц при делении атомного ядра, была создана специалистами Томского политехнического университета и Объединенного института ядерных исследований.
Авторы считают, что данное исследование поможет в управлении процессами на атомных электростанциях и в области ядерной медицины. Работа поддержана грантом РНФ, ее результаты были опубликованы в журнале Physical Review C.
В ходе деления атомное ядро проходит несколько этапов и изменяет свою форму. Сначала оно представляет собой «шар» или «эллипсоид», затем принимает вид «гантели», и в момент разрыва возникают два осколка.
Ядро атома с четным количеством протонов и нейтронов изначально находится в состоянии с нулевым полным моментом импульса («нулевым спином»). Однако, после деления его осколки начинают вращаться, получая моменты импульса от 0 до 10.
Ученые создали модель, которая позволяет квантово-механически описать формирование моментов импульса осколков за счет угловых колебаний, возникающих в делящемся ядре перед разрывом.
«Деление ядра может происходить различными способами, и в результате образуются не два определенных осколка, а множество разнообразных пар. Наша квантово-механическая модель позволяет определить вероятность формирования осколков той или иной массы и заряда, а также рассчитать распределения значений их моментов импульса», — прокомментировал руководитель проекта, профессор отделения математики и математической физики Инженерной школы ядерных технологий Томского политеха Николай Антоненко.
По его словам, угловое движение фрагментов в момент разрыва можно воспринимать как независимые колебания фрагментов малой амплитуды вокруг касательной конфигурации. Угловой момент, создаваемый такими колебаниями, уравновешивается вращением всей системы. Таким образом, модель объясняет пилообразную зависимость углового момента фрагмента от его массы.
«При делении ядра образуются два фрагмента, находящиеся в определенных вращательных состояниях. При распаде этих состояний излучаются гамма-кванты. Наша модель поможет идентифицировать фрагменты деления: их массу, заряд, момент импульса, по энергиям излученных гамма-квантов», — добавил ученый.
Он также отметил, что полученные фундаментальные знания помогут глубже понять, как осуществляется распределение энергии и углового момента между осколками и какие моды движения, возникающие в делящемся ядре перед его разрывом, влияют на характеристики осколков.
Эти данные могут стать основой для принципов управления делением ядра с целью получения максимального выхода определенных фрагментов.
В будущем исследователи намерены изучить зависимость углового момента осколка деления от полной кинетической энергии осколков.
Фото: hi-tech.mail.ru