Nowy model dla lepszego przewidywania rozszczepień jądrowych

Nowy model dla lepszego przewidywania rozszczepień jądrowych

Dla nas wszystkich, pracujących z elektrycznością czy składowaniem odpadów radioaktywnych, kontrolowanie procesów radioaktywnych i przewidywanie ich zachowań jest kluczem do bezpiecznego funkcjonowania naszego świata. Spójrzmy na generowanie elektryczności, aby szybko pokazać, jak działa rozszczepienie.

Aby uruchomić turbiny elektrowni atomowych, odbywa się skomplikowana gra wzajemnych oddziaływań atomowych, zainicjowana przez wprowadzenie jednego neutronu do jądra. Naukowcy starają się zrozumieć, ile energii cieplnej możemy wydobyć z procesu rozszczepienia jądra atomowego i ustalić, jakie produkty zostaną stworzone. Wskutek rozszczepienia jądra dzielą się na mniejsze części.

W przypadku naszych badaczy obserwowano wytwarzanie energii z rozszczepienia jądrowego uranu-235 (U-235). Gdy jądro to zostanie zbombardowane neutronem, powstaje jądro U-236 o większej energii, dzięki czemu może podzielić się na dwa oddzielne fragmenty. Energia wzbudzenia powoduje fragmentację, generując energię atomową.

Jednak przewidywanie tej energetycznej interakcji jest trudne, więc naukowcy używają uproszczonych modeli. Model Langevina reprezentuje zachowanie dynamicznego ruchu rozszczepiającego się jądra. Wcześniejsze modele często rozważały trzy wymiary, aby opisać kształt jąder. Obejmowały one czynnik odkształcenia, który opisuje różne geometrie dwóch fragmentów jądrowych zdeformowanych w wyniku rozszczepienia.

Chikako Ishizuka i Satoshi Chiba z Tokyo Tech, kierujący tą grupą badawczą, odkryli w czasie badań, że istnieje dodatkowy czynnik, który wpływa na przewidywania w modelu Langevina. Czwarty czynnik zespołu analizuje odkształcenie dwóch oddzielnych fragmentów, zamiast zakładać, że dwa fragmenty mają ten sam współczynnik.

W przeciwieństwie do poprzednich modeli, naukowcy ulepszyli model Langevina do czterech wymiarów, aby mógł on uwzględnić energię cieplną fragmentów jądrowych i rozważyć indywidualny kształt fragmentów rozszczepienia, biorąc pod uwagę, że ciężkie i lekkie części zachowują się odmiennie.

Wyniki wydają się lepiej pasować do danych empirycznych dotyczących rozszczepienia jądrowego niż te ustalone na podstawie wcześniejszych modeli. Żadne z nich nie odtwarzały energii kinetycznej, tj. energii cieplnej rozszczepienia jądrowego, z mocą predykcyjną. Model Langevin 4D usprawnia sposób przewidywania rozszczepienia niskoenergetycznego i może być stosowany do różnych jąder. Autorzy nadal opracowują nowe aplikacje, ze szczególnym naciskiem na przyszły model dynamiczny 5D, który jeszcze bardziej zwiększy dokładność predykcyjną.

(KB)