[論文レビュー] Review on the progress in nuclear fission

Karl‐Heinz Schmidt, B. Jurado|arXiv (Cornell University)|Apr 27, 2018

Nuclear physics research studies被引用数 52

ひとこと要約

これは最近の核分裂の実験的・理論的進展を網羅的に総括したレビューであり、より幅広い核分裂系へのアクセス手法の新規性と、自己一致量子理論、確率的モデル、半経験的GEF型フレームワークの3つの有望なモデリングアプローチを強調している。

ABSTRACT

An overview is given on some of the main advances in experimental methods, experimental results and theoretical models and ideas of the last years in the field of nuclear fission. New experimental approaches extended the availability of fissioning systems considerably and provided a full identification of all fission products in A and Z for the first time. In particular, the transition from symmetric to asymmetric fission around 226Th and some unexpected structure in the mass distributions in the fission of systems around Z = 80 to 84 as well as an extended systematics of the odd-even effect in fission fragment Z distributions have been measured [A. N. Andreyev et al., Rep. Progr. Phys. 81 (2018) 016301]. Three classes of theoretical descriptions of fission presently appear to be the most promising or the most successful ones: Self-consistent quantum-mechanical models fully consider the quantum-mechanical features of the fission process. Intense efforts are presently made to develop suitable theoretical tools [N. Schunck, L. M. Robledo, Rep. Prog. Phys. 79 (2016) 116301] for modeling the non-equilibrium, large-amplitude collective motion leading to fission. Stochastic, essentially classical models provide a fully developed technical framework. The main features of the fission-fragment mass distribution are well reproduced from mercury to fermium and beyond [P. Möller, J. Randrup, Phys. Rev. C 91 (2015) 044316]. In an alternative semi-empirical approach [K.-H. Schmidt et al., Nucl. Data Sheets 131 (2016) 107], considerable progress in describing the fission observables has been achieved by combining several general theoretical concepts. This new approach reveals a high degree of regularity and allows calculating high-quality data with a unique parameter set for a large number of systems and an extended excitation-energy range.

研究の動機と目的

• 微視的から統計的レベルにわたる実験結果と理論的アイデアを統合し、分裂過程の理解をより深めることを促進する。
• 実験的観測（収率、TKE、prompt emissions）を、障壁特性や切断条件などの基礎物理と結びつける。
• 分裂理論と実験の現在の状況を評価し、制約と将来の課題を含めて検討する。
• 最も有望な3つのモデル系（自己一致的量子、確率的モデル、半経験的GEF）とそれらの主要な洞察を要約する。

提案手法

• 分裂の完全な動的量子力学的および古典的モデルとその応用をレビューする。
• 確率的輸送方程式と、それらが分裂断片分布を再現するのに用いられることを議論する。
• General Fission Model (GEF) とその構成要素を提示し、地形的考慮、殻・マクロ影響、および熱浴結合を含む。
• 複数の理論的アイデアを組み合わせ、個別の詳細な系ごとのフィッティングを必要とせずに分裂観測量を予測する半経験的アプローチを説明する。
• アクセス可能な分裂系を拡大し、分裂断片の完全な同位体同定を可能にする実験的イノベーションを強調する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 自己一致的微視的モデルは、分裂障壁、散逸、および大振幅集団運動をどのように特徴づけるか？
• RQ2 確率的輸送方程式は、広範な核種にわたって分裂断片の質量分布をどの程度効果的に再現するか？
• RQ3 GEFのような半経験的アプローチから、分裂収率とエネルギーを予測する際にどのような規則性と有効自由度が現れるか？
• RQ4 励起エネルギーと系に応じた分裂観測量（収率、TKE、prompt neutron/gamma）の進化について、実験的イノベーションは何を示しているか？
• RQ5 分裂ダイナミクスの統一的記述を進めるために必要な実践的ニーズと理論的拡張は何か？

主な発見

• 新しい実験手法により、いくつかの実験設定でAとZの分裂産物を初めて完全に同定できるようになった。
• 観察は、特定の重核（例:226Th付近）を中心として非対称分裂から対称分裂への遷移を示している。
• 分裂断片の質量・電荷分布の細構造は、単純なチャネルを超える規則性を示し、励起エネルギーと系により変化する。
• Z分布の奇偶振動は非対称性とともに増大する一方で、N分布の細構造は一部の実験でエネルギー依存性が弱いことを示す。
• SOFIAの結果は、分裂断片のN分布構造が励起エネルギーに弱く依存するのみで、Z分布とは異なることを示している。
• GEFモデルは、スペクトルや他のprompt-emission特性を、最小限の系特異的フィットで再現する。