Исследование, опубликованное в журнале Physical Review C, впервые точно воспроизводит необычное поведение изотопов ртути — 180Hg и 190Hg. В нем показано, как ядерные процессы влияют на деление ядер даже при высоких энергиях. Работа под руководством доцента Чикако Исидзуки из Института энергетики нулевого углерода (Япония) открывает новые возможности для создания более точных моделей, которые помогут предсказывать свойства еще неизученных изотопов.
Ядерное деление — процесс, при котором ядро атома распадается на два или более фрагмента, выделяя энергию. Оно хорошо изучено для тяжелых элементов, таких как уран и плутоний, но деление более легких ядер — например, ртути — оставалось загадкой.
В отличие от урана, ртуть‑180 распадается не на приблизительно равные части, а на фрагменты значительно отличающегося друг от друга размера. Это проявляется на графике в виде двух пиков — один соответствует более крупному фрагменту, другой — меньшему. Такой характер деления называют «двойными пиками», поскольку распределение масс имеет две выраженные «вершины», отражающие асимметричный распад ядра.
Это важно, потому что показывает особенности внутренней структуры ядра — то есть расположение протонов и нейтронов — сохраняются даже при высоких уровнях энергии (40–50 МэВ), вопреки прежним представлениям об их исчезновении в таких условиях.
По словам Исидзуки: «Эти результаты дают ценную информацию о процессе деления, углубляя наше фундаментальное понимание ядерного поведения».
Ученые в лаборатории получили изотопы 180Hg и 190Hg путем столкновения атомов аргона‑36 с ядрами самария‑144 и самария‑154. Для моделирования процесса они применили пятимерную модель Ланжевина — компьютерную симуляцию, которая в реальном времени отслеживает изменение формы ядра перед расколом. Поскольку ядро можно представить как комок пластилина, модель учитывает пять характеристик этого «комка»: форму, размер, угол поворота и два вида деформации (например, сжатие и растяжение).
Новшество заключается в добавлении «мягкой стенки» — невидимого барьера, делающего моделирование деформаций точнее. Кроме того, учтено многоступенчатое деление: ядро иногда выбрасывает нейтроны перед расколом, что влияет на общую кинетическую энергию (TKE) фрагментов.
Модель полностью воспроизвела для 180Hg характерный «двойной горб» в распределении масс и точно предсказала значения TKE для обоих изотопов, что подтвердилось экспериментальными данными. Это позволяет создавать более надежные прогнозные модели для неизученных ядер.
Для ртути-180 модель точно показала необычное поведение. Ядро распадается на фрагменты разного размера, создавая график с двумя «пиками» (как два пика на диаграмме). Для обоих изотопов ртути модель также предсказала, сколько энергии уходит на разлет фрагментов, и эти расчеты идеально совпали с реальными экспериментами.
Это исследование не только объясняет странное поведение ртути, но и улучшает прогностические модели для других изотопов, что важно для ядерной физики, энергетики и безопасности. Оно демонстрирует, что модель Ланжевина — мощный инструмент для изучения ядерных процессов, особенно для элементов с атомным номером ниже 82. Результаты могут помочь в разработке новых технологий, включая ядерные реакторы, и в прогнозировании поведения неизученных изотопов, расширяя ядерную карту.