Ученые Томского политеха и Объединенного института ядерных исследований создали модель, объясняющую, как осколки атомного ядра начинают вращаться при делении. Понимание процесса может помочь управлять ядерными реакциями и улучшить методы лечения в радиологии.

Результаты работы ученых опубликованы в журнале Physical Review C. Исследование поддержано грантом РНФ.

Когда ядро атома делится, оно проходит несколько стадий: сначала напоминает шар, затем вытягивается в эллипсоид, превращается в «гантель» и наконец разрывается на два фрагмента. Исходное ядро не вращается, но после разрыва осколки получают момент импульса — от 0 до 10 условных единиц.

Деление может идти разными путями, и на выходе мы получаем не одну конкретную пару осколков, а множество вариантов, — объясняет руководитель проекта, профессор Николай Антоненко. — Наша модель предсказывает, какие фрагменты вероятнее образуются, как они движутся и сколько раз вращаются.

Модель описывает колебания двух соприкасающихся ядер в момент разрыва. Угловой момент возникает из-за микроколебаний фрагментов, которые компенсируются общим вращением системы.

Угловой момент (момент импульса) — мера вращения объекта вокруг центра масс. Чем быстрее вращается тело и чем дальше его масса распределена от оси, тем момент больше. У осколков ядра он возникает из-за «толчков» при разрыве.

Это объясняет, почему зависимость момента от массы осколков выглядит как пила.

При делении фрагменты оказываются в разных вращательных состояниях, и переходы между ними сопровождаются излучением гамма-квантов, — говорит Антоненко. — Модель поможет определять по излучению массу, заряд и момент импульса осколков.

Это фундаментальное знание приближает нас к контролю над ядерным делением — например, к увеличению выхода нужных изотопов. Следующий шаг — изучить связь углового момента осколков с их кинетической энергией.

Практическая ценность работы — в потенциальном управлении ядерными реакциями. Если мы поймем, как именно распределяются угловые моменты, можно:

• Оптимизировать работу реакторов — снизить энергопотери за счет контроля над вращением осколков.
• Улучшить производство медицинских изотопов — например, целенаправленно получать больше полезных для диагностики фрагментов.
• Разработать новые методы радиационной терапии — точнее воздействовать на опухоли, минимизируя повреждение здоровых тканей.

Но это долгосрочные перспективы. Пока модель — лишь инструмент для фундаментальной науки.

Модель работает только для ядер с четным числом протонов и нейтронов, что ограничивает ее применимость. Кроме того, она не учитывает влияние внешних факторов — например, температурных флуктуаций или магнитных полей, которые могут искажать распределение моментов.

Ранее мы разбирались в перспективах российского термояда.