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使用超级计算机追踪核裂变中难以捉摸的裂变中子

导读 核裂变(原子核分裂成两个并释放能量)似乎是一个已被充分理解的过程。核裂变于 1939 年首次被发现,此后一直受到深入研究,是现代生活中不

核裂变(原子核分裂成两个并释放能量)似乎是一个已被充分理解的过程。核裂变于 1939 年首次被发现,此后一直受到深入研究,是现代生活中不可或缺的因素,从核医学到发电核反应堆,它无所不在。然而,它是一种自然力量,仍有一些未解之谜。

来自华盛顿大学西雅图分校和洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员,利用美国能源部橡树岭国家实验室的 Summit 超级计算机,解答了有关裂变的最大疑问之一:原子核分裂成两个时,“颈部断裂”过程中究竟发生了什么?

最终的论文发表在《物理评论快报》杂志上。

在过去的 85 年里,物理学家提出了各种理论模型来解释核颈断裂背后的裂变动力学。最早的裂变类比是“液滴”理论,由莉泽·迈特纳和奥托·弗里施首次提出,随后尼尔斯·玻尔和约翰·惠勒于 1939 年提出。该理论将原子核描述为带电流体球体——当被中子或质子等粒子击中时,原子核分裂成两个碎片,中间有一个核颈。一旦核颈伸展到断裂点并断裂,就会发出粒子“飞溅”,从而释放能量。

分裂中子(即在核裂变的最后阶段发射的中子,具体来说是在原子核分裂并分裂成两个或多个较小原子核的那一刻)理论上是颈部破裂时发射的粒子之一。然而,由于缺乏分裂中子存在的确凿实验证据,它们的确切特性一直存在争议。

但华盛顿大学物理学教授奥雷尔·布尔加克领导的团队首次对核颈部破裂进行了完全微观的量子多体模拟,并对其裂变动力学进行了迄今为止最准确的描述。该团队的惊人结果揭示了一种与之前的一些假设不一致的裂变机制。

“这可能是最精确、最仔细的颈部破裂理论描述,没有任何假设和简化,”布尔加克说。“我们有一个非常具体的预测,到目前为止还不存在。以前的理论总是基于&luo;让我们假设这种情况正在发生,如果正在发生,那么很可能会看到这种情况。&ruo;我们没有这样做。我们只是代入了几十年来核物理学中已知的高精度运动方程,加上量子力学,没有其他。”

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