[논문 리뷰] Real time description of fission

Ionel Stetcu, Aurel Bulgac외 3명|arXiv (Cornell University)|2018. 10. 09.

Nuclear physics research studies참고 문헌 9인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 시간에 따라 변화하는 초유체 국소 밀도 근사법(TDSLDA)을 사용하여 핵분열을 실시간으로 완전히 미시적으로 시뮬레이션한다. 이는 고립된 비선형 편미분방정식을 풀어, 고리에서 완전한 조각 분리에 이르는 분열 역학을 추적한다. 이는 현상론적 모델에서는 도달할 수 없는 강한 일체의 소산과 가속 단계 중 중성자 방출을 드러내며, 분열 후기 단계에서의 운동에너지와 진동에너지, 중성자 방출률에 대한 정량적 추정치를 제공한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 현상론적 근사 이외의 완전한 미시적 실시간 핵분열 기술 개발
• 외부 고리에서 완전한 분리에 이르는 역학을 시뮬레이션하여 현재의 분열 모델의 타당성 평가
• 표준 현상론적 모델에서 접근할 수 없는 총 운동에너지(TKE), 총 진동에너지(TXE), 중성자 방출과 같은 분열 관측량 계산
• 일체의 소산과 집합 모드가 분열 역학에 미치는 역할 탐구
• 응용 분야에서 사용할 수 있는, 흥(excitation) 에너지 함수수에 따른 신뢰할 수 있는 이론적 예측 제공

제안 방법

• 시간에 따라 변화하는 초유체 국소 밀도 근사법(TDSLDA)을 사용하며, 이는 시간에 따라 변화하는 하트리-폭리우브-보골리우브(TDHFB) 이론과 공식적으로 동일하다.
• 높은 수치 정확도로 대규모 3차원 공간 격자에서 50만 개 이상의 결합된 비선형 시간에 따라 변화하는 편미분방정식(PDE)을 푸는다.
• 국소성과 코른-샴 프레임워크와의 일관성을 확보하기 위해 스카이르메 유형의 에너지 기능을 사용한다.
• 준입자 파동함수의 시간에 따른 진화는 밀도의 함수로 표현되는 단일 입자 및 쌍화장이 포함된 시간에 따라 변화하는 해밀토니안에 의해 지배된다.
• 계는 단일 일반화 슬래터 결정자(HFB 진공)로 초기화되며, 외부 고리에서 완전한 조각 분리에 이르는 동안 역학이 진화된다.
• 연속체 효과, 쌍화 역학, 제어된 수치 근사가 포함되며, 보정 항목은 무시할 만큼 작다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 외부 고리에서 완전한 분리에 이르는 실시간으로 분열 역학은 어떻게 변화하는가?
• RQ2 일체의 소산이 분열 궤적과 에너지 소산에 미치는 역할는 무엇인가?
• RQ3 분열 조각의 가속 단계 동안 중성자 방출이 발생할 수 있는가? 평균적으로 몇 개의 중성자가 방출되는가?
• RQ4 진동 에너지는 분열 조각 간에 어떻게 분배되며, TKE와 TXE에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 2–5 자유도를 초월하는 집합 모드가 분열 역학에 얼마나 기여하는가?

주요 결과

• 주로 일체의 소산이 지배하므로 분열 역학은 강하게 과다감쇠되어 있으며, 이로 인해 궤적이 가장 급격히 내리내리는 경로를 따르게 된다.
• 집합 유동 에너지는 분열 과정 전반에 걸쳐 매우 낮은 수준을 유지하며, 분리점까지도 마찬가지다.
• 분리점에서 완전한 가속에 이르는 동안 평균적으로 0.4개 이상의 중성자가 방출되며, 이는 분열 궤적과 무관하다.
• 진동 에너지는 무거운 조각에 우선적으로 분포되며, 더 높은 입사 중성자 에너지에서 무거운 조각에서의 중성자 방출 증가와 일치하는 실험 관측 결과를 반영한다.
• TDSLDA 프레임워크는 TKE, TXE, 중성자 방출률을 계산할 수 있게 하여, 표준 현상론적 모델이 가속 완료 후에만 중성자 방출을 가정하는 데서는 도달할 수 없는 양을 제공한다.
• 이 방법은 중성자 방출 이전의 진동 에너지 분배와 조각 스핀 분포를 연구할 수 있는 고유한 능력을 제공하며, 향후 이러한 관측량에 대한 연구가 계획되어 있다.