Иллюстрация: Атомная структура
Группой исследователей из Томского политехнического университета (ТПУ) и Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) была успешно разработана инновационная физико-математическая модель. Эта модель предлагает глубокое описание динамики частиц, возникающих в процессе деления атомного ядра. По мнению авторов, данное научное достижение откроет новые перспективы для более эффективного управления процессами в сфере атомной энергетики и ядерной медицины. Исследование получило поддержку Российского научного фонда, а его результаты были опубликованы в одном из ведущих международных изданий — журнале Physical Review C.
В ходе деления атомное ядро последовательно проходит через несколько фаз, изменяя свою геометрическую форму. Сначала оно предстает в виде шара или эллипсоида, затем трансформируется в “гантель”, после чего в момент разрыва образуются два независимых фрагмента.
Примечательно, что делящееся ядро, содержащее четное количество протонов и нейтронов, изначально находится в состоянии с нулевым суммарным угловым моментом, также известным как “нулевой спин”. Однако после завершения деления, его осколки начинают проявлять вращательное движение, приобретая угловые моменты в диапазоне от 0 до 10 единиц.
Созданная учеными модель позволяет с высокой точностью, используя принципы квантовой механики, объяснить механизм формирования этих угловых моментов у осколков. Их появление обусловлено угловыми колебаниями, которые возникают в ядре непосредственно перед его распадом.
Как рассказал Николай Антоненко, руководитель проекта и профессор отделения математики и математической физики Инженерной школы ядерных технологий ТПУ: «Процесс деления ядра может протекать по множеству сценариев, и в результате формируется не пара строго определенных осколков, а широкий спектр разнообразных пар. Наша квантово-механическая модель предоставляет возможность точно определить вероятность образования осколков с конкретной массой и зарядом, а также рассчитать распределение величин их угловых моментов.»
По словам Антоненко, угловое движение фрагментов в точке разрыва ядра можно интерпретировать как независимые колебания малой амплитуды, происходящие вблизи касательной конфигурации. Угловой момент, генерируемый этими колебаниями, уравновешивается общим вращением всей системы. Это позволяет модели убедительно объяснить пилообразную зависимость углового момента фрагмента от его массы.
Ученый также добавил: «При делении ядра образуются два фрагмента, каждый из которых находится в определенном вращательном состоянии. При распаде этих состояний происходит излучение гамма-квантов. Предложенная нами модель будет полезной для идентификации фрагментов деления: их массы, заряда и углового момента, основываясь на энергиях испускаемых гамма-квантов.»
Это фундаментальное знание, по мнению исследователей, значительно углубит понимание того, как энергия и угловой момент распределяются между осколками, а также какое влияние различные моды движения, возникающие в делящемся ядре перед его разрывом, оказывают на конечные характеристики осколков деления.
Полученные данные могут послужить основой для разработки новых принципов управления процессом деления ядра, что позволит целенаправленно увеличивать выход определенных, желаемых фрагментов.
В рамках дальнейших исследований научная группа планирует более детально изучить зависимость углового момента осколка деления от его полной кинетической энергии.
