[论文解读] 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 4

一句话总结

本文提出了一种基于时间依赖的超流局部密度近似（TDSLDA）的实时、全微观核裂变模拟，通过求解耦合的非线性偏微分方程，追踪从鞍点到完全碎片分离的裂变动力学。研究揭示了在加速阶段存在强烈的单体耗散和中子发射——这些关键发现无法通过唯象模型获得——并提供了裂变后动能与激发能、以及裂变后中子发射率的定量估计，超越了裂变截断点的范围。

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.

研究动机与目标

• 开发一种超越唯象近似的全微观实时核裂变描述。
• 通过从鞍点到完全分离的动力学模拟，评估当前裂变模型的有效性。
• 计算标准唯象模型无法获取的裂变可观测量，如总动能（TKE）、总激发能（TXE）和中子发射。
• 研究单体耗散与集体模式在裂变动力学中的作用。
• 为应用提供作为激发能函数的裂变可观测量的可靠理论预测。

提出的方法

• 采用时间依赖的超流局部密度近似（TDSLDA），在形式上等价于时间依赖的哈特ree-福克-巴戈留布廖夫（TDHFB）理论。
• 该方法在大型三维空间格点上求解超过50万组耦合的非线性时间依赖偏微分方程（PDEs），具有高数值精度。
• 采用Skyrme型能量泛函，以确保局域性并符合Kohn-Sham框架。
• 准粒子波函数的时间演化由包含单粒子和配对场的时间依赖哈密顿量控制，其为密度的泛函。
• 系统以单个广义Slater行列式（HFB真空）初始化，动力学从外鞍点演化至完全碎片分离。
• 该方法包含连续谱效应、配对动力学以及可控的数值近似，其修正可忽略不计。

实验结果

研究问题

• RQ1 从外鞍点到完全分离，裂变动力学如何在实时中演化？
• RQ2 单体耗散在塑造裂变轨迹与能量耗散中起什么作用？
• RQ3 裂变碎片的加速阶段是否可能发生中子发射？平均发射多少个中子？
• RQ4 激发能如何在裂变碎片之间分配？其对TKE和TXE有何影响？
• RQ5 除2–5个自由度外的集体模式在多大程度上贡献于裂变动力学？

主要发现

• 由于主导的单体耗散，裂变动力学表现出强烈的过阻尼，导致轨迹沿最陡下降路径演化。
• 在整个裂变过程中，集体流能始终保持极低，直至裂变截断点。
• 从裂变截断到完全加速阶段，平均发射超过0.4个中子，且与裂变轨迹无关。
• 激发能优先沉积于重碎片中，与实验观察一致：在较高入射中子能量下，重碎片的中子发射增加。
• TDSLDA框架使TKE、TXE和中子发射率的计算成为可能——这些量在标准唯象模型中不可获取，后者假设发射发生在完全加速之后。
• 该方法具备独特能力，可在中子发射前研究激发能分配与碎片自旋分布，未来工作将针对这些可观测量展开。