核裂变为什么会产生梨形核？

核裂变是一个重核分裂成两个的过程，锕系元素的大部分原子核(钚、铀、居里姆等)不对称地分裂成一个大碎片和一个小碎片。重碎片平均呈现一个氙元素(电荷数Z=54)，独立于初始裂变核。要理解决定两个碎片中质子和中子数量机制一直是一个长期的谜。预计碎片的变形会起到一定作用。事实上，原子核根据其内部结构可以有不同的形状。有些是球形的，大部分是像橄榄球一样变形的，还有一些是梨形的。原子核的内部结构随组成原子核的质子和中子数量的变化而变化。

为了动态地描述裂变过程，Tsukuba大学的Guillaume Scamps和澳大利亚国立大学的Cedric Simenel使用了核理论的最新技术。这种核裂变的模拟利用量子力学来考虑核子在原子核中的运动，并采用适当的简化来解决多体问题。利用该模型，在240Pu的情况下，发现裂变碎片较好地形成了梨形变形(见图A)。这种梨形变形是由于两个碎片之间强烈的库仑斥力造成的。这种初始变形有利于基态为梨形的核。

图A：裂变系统随时间的演变，从左到右的总时间是20.4 zeptosecond (1 zeptosecond = 10-21 s)。图片：University of Tsukuba

这是氙的情况，由于一些内部结构的影响，一些质子Z=54。这种机制足以强烈影响几个裂变系统中核子的配分。在模拟230、234U、236U、246Cm和250Cf的裂变过程中发现了这种机制，与实验观测结果一致。这些发现可能在未来解释，令人惊讶的是，最近观察到的比铅原子核轻的不对称裂变，并改进了对外来核的裂变性质的预测，这些性质影响了天体物理过程中产生的元素的丰度。

博科园-科学科普｜研究/来自：筑波大学

参考期刊文献:《Nature》

论文DOI: 10.1038/s41586-018-0780-0

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