[論文レビュー] Real time description of fission

Ionel Stetcu, Aurel Bulgac+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 9, 2018

Nuclear physics research studies参考文献 9被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、時間に依存する超流動局所密度近似（TDSLDA）を用いて、鞍部から完全な断片分離に至るまでの核分裂のリアルタイムで完全なマイクロスコピックなシミュレーションを提示する。非線形連立偏微分方程式を解き、分裂の加速段階における強い1体的散逸と中性子放出を追跡する。これは物性的モデルでは得られない重要な発見であり、断片分離直後における運動エネルギーと励起エネルギー、および中性子放出レートの定量的推定を可能にする。

ABSTRACT

Using the time-dependent superfluid local density approximation, the dynamics of fission is investigated in real time from just beyond the saddle to fully separated fragments. Simulations produced in this fully microscopic framework can help to assess the validity of the current approaches to fission, and to obtain estimate of fission observables. In this contribution, we concentrate on general aspects of fission dynamics.

研究の動機と目的

• 物性的近似を越えた完全なマイクロスコピックでリアルタイムの核分裂記述を構築すること。
• 外側の鞍部から完全な分離に至るまでのダイナミクスをシミュレートすることで、現在の分裂モデルの妥当性を評価すること。
• 標準的な物性的モデルでは入手不可能な、全運動エネルギー（TKE）、全励起エネルギー（TXE）、および中性子放出といった分裂観測量を計算すること。
• 1体的散逸と集団モードが分裂ダイナミクスに果たす役割を調査すること。
• 応用分野での利用を想定し、励起エネルギーの関数としての信頼性の高い理論的予測を提供すること。

提案手法

• 時間に依存する超流動局所密度近似（TDSLDA）を用い、形式的には時間に依存するハートリー・フォック・ボゴリューボフ（TDHFB）理論に同等である。
• 3次元の大規模格子上で、50万個を超える非線形時間依存偏微分方程式（PDE）を高い数値精度で解く。
• 局所性とKohn-Shamフレームワークとの整合性を保つために、Skyrme型エネルギー汎関数を用いる。
• 準粒子波動関数の時間発展は、密度関数としての単粒子および対励起場を含む時間に依存するハミルトニアンに従う。
• 初期状態は1つの一般化スレーター行列式（HFB真空）として設定され、外側の鞍部から完全な断片分離に至るまでダイナミクスが時間発展される。
• 連続状態効果、対励起ダイナミクス、および無視可能な補正を伴う制御された数値近似を組み込む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 外側の鞍部から完全な分離に至るまでのリアルタイムな分裂ダイナミクスはどのように変化するか？
• RQ2 1体的散逸が分裂軌道およびエネルギー散逸をどのように決定づけるか？
• RQ3 分裂断片の加速段階中に中性子放出が発生する可能性はあり、平均で何個の中性子が放出されるか？
• RQ4 励起エネルギーは分裂断片間でどのように分配され、TKEおよびTXEにどのような影響を与えるか？
• RQ5 2〜5自由度を超える集団モードが分裂ダイナミクスに果たす寄与はどの程度か？

主な発見

• 1体的散逸が支配的であるため、分裂ダイナミクスは強く過減衰しており、軌道は勾配の最も急な方向に従う。
• 集団的流れエネルギーは、断片化の直前まで非常に低く保たれる。
• 平均して、断片化から完全な加速に至るまでの間、0.4個を超える中性子が放出されるが、分裂軌道に依存しない。
• 励起エネルギーは重い断片に優先的に分配され、高エネルギー中性子入射時における重い断片からの中性子放出が増加する実験的観測と整合的である。
• TDSLDAフレームワークにより、TKE、TXE、および中性子放出レートの計算が可能となり、標準的な物性的モデルが加速後にのみ放出を仮定するのとは対照的に、これらは従来では入手不可能であった。
• 本手法は、中性子放出の前における励起エネルギー分配および断片スピン分布の研究が可能であり、今後の研究でこれらの観測量を対象とする計画である。