När kärnan delar sig i två fragment, den genomgår deformationer som måste redovisas exakt i modeller för att kunna göra exakta förutsägelser. Kreditera: Vetenskapliga rapporter
Forskare vid Tokyo Institute of Technology har utökat en befintlig matematisk modell så att den kan användas för att mer exakt förutsäga produkterna från klyvningsreaktioner.
Kärnfission är en process genom vilken kärnan i en atom delas upp, generellt resulterar i bildandet av två mindre och inte nödvändigtvis lika atomer (detta kallas binär klyvning eftersom det finns två klyvningsprodukter). Även om klyvning har utnyttjats i decennier för att generera energi i kärnkraftverk globalt, vår förståelse och modeller för klyvningsreaktioner har fortfarande många luckor.
Forskare har observerat att det finns fyra olika klyvningsmetoder som i stort anger vilken typ av kärnkraftsarter som kommer att genereras av en klyvningshändelse. Dessa lägen är relaterade till formen på de två kärnorna precis innan kärnan splittras helt (klyvning). Två av dem kallas standardlägen och är asymmetriska; de producerar en lättare kärna och en tyngre. De andra två kallas superlånga och superkorta klyvningslägen, och båda producerar två nästan identiska kärnor.
En modell som har använts för att förutsäga klyvningsprodukterna (och deras rörelseenergi) för olika tunga element involverar 3D-Langevin-ekvationerna. Dessa 3D-ekvationer är baserade på tre variabler som definieras för en atomkärna som är på väg att genomgå binär klyvning:avståndet mellan centrum för vänster och höger fragment, deformationen av deras spetsar, och deras skillnad i massa eller volym, kallas massasymmetri.
Klyvningsprodukterna för 256 Fm och 258 Fm visas, enligt deras massantal. Dessa diagram visar skillnaden mellan data som beräknats med hjälp av 3D -modellen (blå linjer) och experimentella data (röda prickar). I kontrast, data som beräknats med 4D -modellen (svarta linjer) stämmer mer med experimentfynden. Kreditera: Vetenskapliga rapporter
Även om denna modell framgångsrikt har använts för många tunga kärnor, dess förutsägelser misslyckades med att matcha experimentella data för vissa fermium ( 256 Fm och 258 Fm) och mendelevium ( 260 Md) isotoper.
I ett försök att förbättra denna modell och använda den för att förstå vad som händer för dessa isotoper, ett team av forskare vid Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), inklusive professor Satoshi Chiba, använde 4-D Langevin ekvationer. Ekvationerna för denna nya modell, som visas i fig. "Modell för en kärna som ska genomgå klyvning", bytte variabel som indikerade deformationen av fragmentets spetsar för två oberoende variabler som gjorde det möjligt för dessa deformationer att vara annorlunda istället för att alltid vara symmetriska.
Denna extra grad av frihet gjorde det möjligt för den nya modellen att redogöra för det som tidigare var ett mysterium när man gick efter den tidigare modellen. Experimentella data (visas i fig. Experimentella och beräknade data för klyvningsprodukterna från 256 Fm och 258 Fm) för 256 Fm visade att standardklyvningsmetoder var dominerande för denna isotop, medan data för 258 Fm och 260 Md visade att superkorta klyvningslägen var mycket mer sannolika. Teamet drog slutsatsen att formerna på de två fragmenten direkt vid klyvning hade en mycket relevant effekt på klyvningsprodukterna och deras rörelseenergi, och att tvinga deformationen av fragmentspetsarna att vara lika resulterade i felaktiga förutsägelser. "3D-ekvationer från Langevin kan inte lösa den observerade övergången mellan standard- och superkorta klyvningsmetoder för dessa isotoper. Nu, med vår 4-D Langevin-modell, detta är löst, "förklarar Chiba.
Teamet planerar att ytterligare förbättra denna modell för att förbättra dess förutsägbarhet för klyvningsreaktionerna i många kärnor. Med modeller som den här, forskare kan lättare studera och tolka klyvningsrelaterade fenomen, såsom de ovannämnda övergångarna för fermiumisotoperna. "Vår modell har gjort det möjligt för oss att förklara hur dessa övergångar sker på ett konsekvent sätt, "avslutar Chiba. Självfallet, en bättre förståelse och bättre modellering av kärnklyvning är avgörande för att vi ska fortsätta förbättra befintlig kärnteknik för att säkra tillförlitliga energikällor.
