[论文解读] Isotope-Resolved Ba and Xe Yields in Actinide Fission and Correlated Heavy--Light Fragment Systematics

K. Pomorski, A. Augustyn+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 2026

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一句话总结

作者通过将 Fourier-over-Spheroid 形状的 4D Langevin 粒子框架与对 Ba 和 Xe 的中子后产额进行同位素分辨比较，验证其对同位素分辨的裂变产额的预测，并检验重–轻碎片相关性，同时指出宽度/尾部体系需要改进之处。

ABSTRACT

Isotope-resolved post-neutron fission yields in the Ba and Xe chains are calculated and benchmarked against evaluated reference data, with emphasis on element-resolved isotopic chains $Y(N_f)$ at fixed fragment charge $Z$ and on the consistency of heavy--light fragment correlations. Calculations are performed within a four-dimensional (4D) Langevin framework employing Fourier-over-Spheroid shape parametrization. The benchmark covers spontaneous fission of selected Cm and Cf isotopes (including $^{244,246}$Cm and $^{250}$Cf) as well as neutron-induced fission at thermal and 14-MeV energies for representative actinides in the Th--Pu region (including $^{229}$Th, $^{235}$U, $^{239}$Pu, and $^{249}$Cf). The dominant neutron-number maxima are reproduced for a large fraction of the isotopic chains considered, indicating that the mean charge partition and the average neutron content of the main fission channels are described consistently. A systematic residual discrepancy is observed in the isotopic widths: the calculated yields often fall off too rapidly on the distribution tails, producing distributions that are narrower than the evaluated data, most notably for heavy-fragment chains.

研究动机与目标

• 评估一个 4D Langevin 框架在 Ba 与 Xe 链的自发和中子诱导裂变中，重同位素分辨的裂变产额再现能力。
• 通过与评估数据的后中子产额比较，测试重–轻碎片相关性的一致性。
• 识别同位素分布的质心、宽度与尾部的优势与局限，以指导模型改进。

提出的方法

• 在形变空间 {c, a3, a4, eta} 中，采用四维 Langevin 方法来建模裂变动力学，并耦合到裂前中子发射的主方程。
• 使用 Fourier-over-Spheroid 形状参数化来构造势能面，结合 LSD 宏观能量和 Yukawa-折叠的微观修正。
• 通过一个表观阻尼修正因子引入温度相关的一体散乱，调节扩散强度。
• 通过在 Z 的最小化裂解能来获得重碎片荷数，并用类似于 Wigner 的权重对 Z 进行采样来得到裂解观测量。
• 通过 Weisskopf–Ewing 形式与蒙特卡洛法的中子能量处理，模型化裂后去激发中的中子蒸发。
• 对 14 MeV 中子诱发反应考虑多次裂变，并在相关情形下包含裂前中子发射。

Figure 1: Schematic representation of the Fourier-over-Spheroid (FoS) shape parametrization employed in the 4D Langevin description. The nuclear surface (solid black line) is modulated from a reference spheroid (green dashed line). The elongation is controlled by the dimensionless parameter $c$ , de

实验结果

研究问题

• RQ1 4D Langevin 裂变模型是否能够在自发与中子诱发的裂变中再现 Ba 与 Xe 链的后中子产额 Y(Nf) 的同位素分辨？
• RQ2 在裂解时及蒸发过程中，重–轻碎片相关性是否一致描述观测到的 Y(Z,Nf) 体系？
• RQ3 同位素分布中的质心、宽度与尾部的主导差异来源有哪些，它们如何引导模型改进？
• RQ4 该模型在捕捉同位素分布中的壳效应、等同分布趋势和奇偶性摇摆方面的表现如何？
• RQ5 descent 与 de-excitation 的随机性对同位素宽度与尾部分布有何影响？

主要发现

• 该模型对多数同位素链的主中子数极大值再现良好，表明主裂变通道的平均荷数与中子含量具有一致性。
• 对于许多 Ba 与 Xe 链，质心与评估数据在不确定度范围内一致，但同位素宽度常被低估，导致尾部比 ENDF 数据更窄，尤其在重碎片链中。
• Xe 的重碎片链比 Ba 的链表现出更好的一致性，可能因为在重碎片峰附近的约束更强。
• 互补的轻碎片产额与重碎片结果相关；尾部的差异与重碎片中的差异相 mirrored，指向扩散与去激发波动是关键的限制因素。
• 在计算产额中观测到的奇偶性摇摆较弱，说明在最终去激发阶段需要改进配对与壳结构效应。
• 总体上，同位素分辨的再现性相当出色，剩余差异为提高波动内容、以及可能扩展 FoS 形变提供定量目标。

Figure 2: Free-energy landscape of 246 Cm in the $(c,a_{4})$ plane at $T=1.4$ MeV, obtained by minimization with respect to $a_{3}$ and $\eta$ . The “g.s.” label indicates the ground-state basin. Red points A and B denote the first and second saddle points, respectively. The asymmetric and symmetric