近日，一項發(fā)表在《物理評論C》雜志上的研究引發(fā)核物理領(lǐng)域關(guān)注。該研究由日本零碳能源研究所副教授石塚千佳子領(lǐng)導(dǎo)，首次準(zhǔn)確再現(xiàn)了汞同位素180Hg和190Hg的異常行為，揭示了即便在高能條件下，核過程仍會影響核裂變，為創(chuàng)建更精確的同位素性質(zhì)預(yù)測模型開辟了新可能。

核裂變是原子核分裂成兩個或多個碎片并釋放能量的過程。鈾和钚等重元素的核裂變已獲深入研究，但汞等較輕原子核的裂變?nèi)允俏唇庵i。與鈾不同，汞 - 180不會衰變成大致相等的部分，而是衰變成大小差異很大的碎片，在質(zhì)量分布圖中呈現(xiàn)兩個峰，這種裂變被稱為“雙峰”，反映了原子核的不對稱衰變。這一現(xiàn)象表明，原子核內(nèi)部質(zhì)子和中子的排列特征，即便在高能級(40 - 50 MeV)下也能保留，與之前認(rèn)為它們在這種條件下會消失的觀點相悖。石塚表示：“這些結(jié)果提供了有關(guān)裂變過程的寶貴信息，加深了我們對核行為的基本理解。”

實驗室中，科學(xué)家通過將氬 - 36原子與釤 - 144和釤 - 154原子核碰撞，產(chǎn)生了同位素180Hg和190Hg。為模擬這一過程，他們采用了五維朗之萬模型，這是一種計算機(jī)模擬方法，可實時追蹤原子核在分裂前形狀的變化。由于原子核可類比為一塊橡皮泥，該模型考慮了這塊“橡皮泥”的五個特征，即形狀、大小、旋轉(zhuǎn)角度以及兩種變形類型(如壓縮和拉伸)。

此模型的創(chuàng)新之處在于增加了一道“軟墻”，即一道隱形屏障，使變形建模更加精確。此外，還考慮了多階段裂變，即原子核在分裂前有時會射出中子，這會影響碎片的總動能(TKE)。

該模型成效顯著，完全再現(xiàn)了180Hg質(zhì)量分布的“雙峰”特征，并準(zhǔn)確預(yù)測了兩種同位素的TKE值，且已得到實驗數(shù)據(jù)證實。對于汞 - 180，模型準(zhǔn)確展示了其異常行為，原子核分裂成大小不同的碎片，形成帶有兩個“峰”的圖形;對于這兩種汞同位素，模型還精確預(yù)測了分裂碎片所需的能量，計算結(jié)果與實際實驗結(jié)果完全吻合。

這項研究意義重大，不僅解釋了汞的奇異行為，還改進(jìn)了其他同位素的預(yù)測模型，對核物理、能源和安全領(lǐng)域影響深遠(yuǎn)。它表明朗之萬模型是研究核過程的有力工具，尤其適用于原子序數(shù)低于82的元素。研究結(jié)果有助于開發(fā)包括核反應(yīng)堆在內(nèi)的新技術(shù)，預(yù)測未知同位素的行為，從而擴(kuò)展核圖譜。