Ученые Томского политеха совместно с коллегами из Объединенного института ядерных исследований разработали модель, которая позволяет описывать возникновение углового момента у осколков деления. Понимание механизма деления имеет фундаментальное значение. Это знание в будущем может лечь в основу разработки новых методов управления цепными реакциями и контроля в ядерной медицине.
Результаты работы ученых опубликованы в журнале Physical Review C (Q2, IF: 3,2). Исследование поддержано грантом РНФ.
В процессе деления атомное ядро последовательно проходит несколько стадий и меняет свою конфигурацию. Сначала это «шар» или «эллипсоид», затем ядро принимает форму «гантели», в момент разрыва образуются два осколка.
Делящееся ядро атома с четным количеством протонов и нейтронов изначально находится в состоянии с нулевым суммарным моментом импульса (прим. — нулевой спин). После деления его осколки начинают вращаться, приобретая момент импульса от 0 до 10.
«Деление ядра может происходить различными способами, то есть в результате получаются не какие-либо два определенных осколка, а возникает большое количество разнообразных пар. Предложенная нами квантово-механическая модель помогает определить вероятность образования фрагментов той или иной массы и предположить их направление движения и количество вращений», — рассказывает руководитель проекта, профессор отделения математики и математической физики Инженерной школы ядерных технологий Николай Антоненко.
Разработанная модель подходит для квантово-механического описания угловых колебаний в системе, состоящей из двух касающихся ядер. Эти системы возникают на последнем этапе деления ядер.
Угловое движение фрагментов деления в точке разрыва можно рассматривать как независимые колебания фрагментов малой амплитуды. Угловой момент, генерируемый колебаниями, уравновешивается вращением системы в целом. Таким образом, модель объясняет пилообразную зависимость углового момента фрагмента от его массы.
«При делении ядра образуются два фрагмента, которые находятся в определенных вращательных состояниях. При переходах между этими состояниями излучаются электромагнитные гамма-кванты. Предложенная нами модель поможет идентифицировать фрагменты деления по электромагнитным переходам между этими состояниями: их массу, заряд, момент импульса», — рассказывает Николай Антоненко.
Это фундаментальное знание поможет лучше понять, как происходит распределение энергии и углового момента между фрагментами, какие механизмы отвечают за формирование вращательных состояний и как влияют различные факторы на характеристики осколков деления. Полученные данные могут лечь в основу принципов управления делением ядра с целью получения максимального выхода определенных фрагментов.
Следующим этапом работы ученых станет изучение зависимости углового момента осколка деления от полной кинетической энергии осколков.