[논문 리뷰] Review on the progress in nuclear fission

Karl‐Heinz Schmidt, B. Jurado|arXiv (Cornell University)|2018. 04. 27.

Nuclear physics research studies인용 수 52

한 줄 요약

본 논문은 핵 분열의 최근 실험적 및 이론적 진보를 포괄적으로 검토하며, 더 넓은 범위의 분열 시스템에 접근하는 새로운 방법과 세 가지 유망한 모델링 접근법: 자가 일관 양자 이론, 확률적 모델, 그리고 준 경험적 GEF 유형 프레임워크를 강조한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 미세한 수준에서부터 통계적 수준에 이르기까지 실험적 발견과 이론적 아이디어를 종합하여 분열 과정에 대한 이해를 향상시키는 것을 촉진한다.
• 실험적 관찰(yields, TKE, prompt emissions)을 두꺼운 물리학적 맥락에 연결한다, 예를 들면 barrier properties 및 scission conditions 같은.
• 분열 이론과 실험의 현황을 평가하고, 한계와 향후 요구사항을 포함한다.
• 자가일관 양자, 확률적, 준경험적 GEF를 포함한 가장 유망한 세 가지 모델 계열과 그 핵심 통찰을 요약한다.

제안 방법

• 분열의 완전한 동역학적 양자-역학 및 고전적 모델과 그것들의 적용을 검토한다.
• 확률적 수송 방정식과 이것이 분열 조각 분포를 재현하는 데 어떤 역할을 하는지 논의한다.
• 일반 분열 모델(GEF)과 그 구성 요소를 소개하며, 지형적 고려사항, 껍질/거시적 영향, 그리고 열욕 결합을 포함한다.
• 다양한 이론적 아이디어를 조합하여 시스템별 상세 피팅 없이 분열 관찰값을 예측하는 준경험적 접근법을 설명한다.
• 가용 가능한 분열 시스템을 확장하고 분열 조각의 완전한 동위원소 식별을 가능하게 하는 실험적 혁신을 강조한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자가일관적 미시적 모델이 분열 장벽, 소멸, 그리고 큰 진폭의 집합 운동을 어떻게 특징화하는가?
• RQ2 확률적 수송 방정식이 다양한 핵에서 분열 조각 질량 분포를 얼마나 효과적으로 재현하는가?
• RQ3 수율과 에너지를 예측하기 위한 GEF와 같은 준경험적 접근에서 어떤 규칙성 및 유효 자유도들이 드러나는가?
• RQ4 자발적 활성화에 따른 분열 관찰값의 진화에 대해 어떤 실험적 혁신이 밝히는가(수율, TKE, 즉시 중성자/감마) 시스템?
• RQ5 분열 다이나믹스를 통일된 설명으로 발전시키기 위해 필요한 실질적 요구사항과 이론적 확장은 무엇인가?

주요 결과

• 새로운 실험 방법으로 여러 설정에서 A와 Z의 분열 생성물에 대한 완전한 식별이 처음으로 가능해졌다.
• 관찰 결과 특정 중핵 주위를 중심으로 비대칭에서 대칭 분열로의 전이가 나타난다(예: 226Th 주변).
• 분열 조각 질량 및 전하 분포의 미세구조는 단순 채널을 넘어서는 규칙성을 나타내며 들뜬 에너지와 시스템에 따라 달라진다.
• Z 분포의 홀-짝 간격은 비대칭성과 함께 커지며, 일부 실험에서 N 분포의 미세구조는 에너지 의존성이 약하게 나타난다.
• SOFIA 결과는 분열 조각의 N 분포 구조가 들뜸에너지에 약하게 의존하는 반면 Z 분포와는 다름을 보여준다.
• GEF 모델은 스펙트럼 및 다른 즉시 방출 특성을 최소한의 시스템별 피팅으로 재현한다.