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物理学家对长期存在的核裂变问题有了新的认识

1163    2021-04-02    发布者:中国测试杂志社    来源:NPL 翻译:杂志社新闻中心

NPL(英国国家物理实验室)和萨里大学的科学家们参与了一项国际合作研究,展示了原子核分裂生成的两个碎片如何产生角动量。《自然》杂志上发表的《核裂变角动量的产生》一文详细介绍了实验结果。

在法国奥赛的Irène-Joliot-Curie(IJC)实验室的ALTO粒子加速器设施中进行的一系列实验表明,核裂变产生的碎片在裂变后获得了它们的固有角动量(或自旋),而不是像人们普遍认为的在裂变前获得。

虽然核裂变(即重原子核分裂成两个中等的原子核并释放能量)是20世纪30年代末发现的一种反应,但关于这一过程一直留有许多待解决的问题。这项新的科学研究解决了一个问题:

即当一个重原子核发生裂变时,为什么其原始原子核不旋转,而碎片却会旋转?

对于这个问题有许多相互矛盾的理论,但大多数理论认为裂变碎片的自旋是在原子核分裂之前产生的,这导致了两个裂变碎片自旋呈明显相关性。

为了揭示产生碎片自旋的原因,研究小组在ALTO设施中诱发了核裂变反应,并测量了在这个过程中释放的伽马射线。具体来说,他们用脉冲中子束辐照了铀同位素238U和钍同位素232Th的样品。

这些针对核裂变中角动量作用的新认识,对于理解核裂变的过程和理论描述具有重要意义。同时,它们也会对其他研究领域产生影响,如富中子同位素的结构研究和超重元素的合成和稳定性研究。

英国萨里大学核计量学教授兼NPL核计量研究员Paddy Regan教授说:“在理解核裂变基本原理方面取得这一突破的重要步骤是研发了伽马射线分光仪‘Nu-Ball’,它由184个以数字符合模式运行的独立检测器组成。其中包括英国的探测器,这些探测器通常由STFC资助的快速定时阵列(FATIMA)和NPL的NANA阵列组成。只有利用这种最先进的数字仪器,才有可能以所需的精度和准确度测量瞬时裂变产生的伽马射线,以揭示核裂变过程中角动量总体的潜在反应机理。这项工作是一个教科书式的示例,说明了如何通过解决高影响核科学问题进而推动新技术的发展,然后可以在英国的国家基础设施中利用该新技术进行放射性物质的测量。”

该研究的主要作者、奥赛IJC实验室的Jonathan Wilson博士说:“真正令我感到惊讶的是,在一个碎片中观察到的平均自旋与另一个碎片中所需的最小自旋之间缺乏显著的相关性。大多数假设自旋是在裂变之前产生的理论都预测到了很强的相关性。我们的结果表明碎片自旋在分裂后出现。这可以用一个拉伸的弹性带的卡扣来说明,它会产生一个转动力或扭矩。”

来自科学技术设施委员会Daresbury实验室的John Simpson教授说:“这是一个令人着迷的结果,为人们对原子核裂变这一基本衰变特性的理解提供了启示。”



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