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重核裂变动力学过程的颈部研究 中文摘要 本
论文利用试验粒子反复多次通过位垒方法， 讨论鞍点回流现象，并利用该模型系统讨论了复合核热裂变速率，非谐势对核裂变速率的影响，裂变时钟问题以及颈部振荡问题，提出颈部长度概念，得到了不少有意义的结论。
对裂变扩散模型的深入研究使人们发现通常的试验粒子首次通过鞍点模型模拟的定义在鞍点处的稳态裂变速率要比断点处的大，因此在数值模拟中有作者选择断点作为裂变的判断依据。
然而鞍点是一个普遍的非常重要的物理概念，它广泛地应用在许多物理领域，包括核裂变及熔合问题。
因此定义在鞍点处的裂变 变的 仍 试验 劝ｅ ｖ ｎ速率在裂 研究中 然是十分重要的。
粒子的 Ｌ ｇ ｉ 轨道在通过鞍点之后具有一定的返回几率，存在着回流现象，因此利用试验粒子多次通过鞍点模型来模拟核裂变动力学过程是非常合理的。
我们把试验粒子反复多次通过鞍点方法即通常的试验粒子首次通过鞍点方 法计算的热复合核的裂变速率进行了比较，发现前者计算的裂变速率要低于后者的结果，但是与定义在断点处的稳态裂变速率一致。
考虑到鞍点回流现象，我们对热核裂变位垒作了非谐修正，发现鞍点后越“陡”的势中回流效应越弱，核容易发生裂变。
在对裂变时钟问 讨论中， 题的 我们发现在裂变核
系统颈部生长过程中存在着颈部的振动过程，且具有一定的稳定性，因此我们提出了颈部长度，颈部宽度的概念，并研究其受温度及粘滞系数的影响，发现在高温度低粘滞系数的情况下，在鞍点处能够生长出长而宽的 “脖子气关键词 回流效应，裂变速率，裂变时间尺度，颈部长度 ｈ ｎ ｅ ｔ ｔ ｆ ｈ ｅ ｋ ｎｎ ｃ ｅ 行Ｓ ｉ ｎ Ｔ ｅｉｖ ｓｉａ １ ｎ ｏ ｔ ． ｎ Ｃ ｉ ｕ ｌ ａｒ ｓ ｏ ｇ ０ Ａｂ ｒ Ｃ ｓ ｔａ ｔ ｔ Ｔｓ Ｐ ｉ ｓ ｕ 一 ｓｇｏｒ ａ １ ｎ ｏ １ ｒｐｅ ｈｒ ｈ ｌ ｍ ｌ ａ ｉ ｖｅ Ｓ ｄ ｏｉ ｍ ｅ ｉ Ｐｏ ｓ ｗ ｅ ｔ ｒ ｅ ｅｔ ａ ｃ ｉ ｔｓ ｎ ｄ ｅｐｔ ｄ ｓ ｏ， ｅｅ ａｋ 。
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通常把重核分裂成两个碎片的过程叫二分裂变，把重核分裂成三块或四块 ９ ４的裂变叫三分裂变或四分裂变。
１ ７年，钱三强和何泽慧首先观察到中子打铀的三分裂变，三分裂变产物通常是两个大裂变碎片和一个ａ粒子， 三分裂变比二分裂变的几率小得多，一般为二分裂变的千分之三， 四分裂变几率就更小了， 核裂变的重要特点就是在裂变过程中有不同能量和数量的中子放出。
核裂变一般分为两种，自 发裂变和诱发裂变。
自发裂变指原子核在无外来粒子轰击下自行发生的裂变，通常只有很重的原子核才进行自发裂变，然而很重的原子核大多数具有ａ发射性，可见在重核的自发裂变中存在与ａ衰变的竞争。
原子核的自 发裂变几率取决于裂变位垒， 这是原子核在裂变过程中所要克服的库仑势垒。
它与原子核的电荷数有关，如果穿透势垒的几率大，自发裂变就容易发生，半衰期就短，穿透势垒的几率小，半衰期就长。
诱发裂变指在外来粒子如具有一定能量的中子， 光子，质子，重离子等的轰击下，重原子核发生的裂变反应。
由于中子与靶核作用无库仑势垒，能量很低的中子就可以引起核裂变，因而这种裂变几率较大，研究较多。
本
论文主要是针对这种诱发裂变进行细致深入的研究。
二）原子核裂变理论模型 （ 裂变发 Ｂｈ和从 ｃｅ１ ｌ〕 ｒ 核 现后不久， ｏｒ 飞ｅ 【发表了 “ 裂变机制”的经典性文章，成为这一时期最重要的科学成就，它的某些基本概念和公式至今一直沿用着。
ｏ ｒＢｈ根据复合核概念提出核裂变的机制：任何核裂变都分为两个步骤， 第一步， 如打进一个中子）形成高度激发并具有长寿命的复合核，原子核接受一个激发 （第二步，通过发射粒子进行退激，对于重核可能产生核裂变与之竞争。
重核裂变动力学过程的颈部研究 ｈ提出液滴模型， ９９ ｏ １３ 年Ｂｒ 把原子核类比为带正电的液滴，因此它的势能主要由两部分组成即表面能和库仑能，对于一个球形的原子核，其表面能是阻止发生形变的，而库仑能则是促使发生形变的，当形变刚开始时，表面能的增加比库仑能的减少要快， 鞍点之后） 使总位能增加，当形变达到某个临界值 （ 库仑能 ｅｌ ｅ ｒ的减少要比表面能的增加要快，因而系统的势能很快减小，Ｗｈｅ 等人为了研究能引起核裂变的最小激发能，引入了裂变位垒的概念，形变能最大的点对应的能量称为裂变位垒，相应的形变点称为鞍点，如图１所示位能与形变的关系： 图１核在势阱底部时为球形的复合核状态， 它达到鞍点时， 当 形变能达到最大，球形变成哑铃形，经过鞍点后哑铃形继续伸长直到断点，裂变片被分裂为碎片。
定 的 变 率 裂 宽 ｒ，ｏ根 他 平 态 计 型 假 了 ｈ ｒ 为 确 核 裂 几 或 变 度 ｆＢ 据 的 衡 统 模 ，定当一个重核吸收一个粒子后，在基态与鞍点上都瞬时达到统计平衡，这样裂变宽度可表示为： 了 ｒ＝ ２ （） 甲 Ｅ 丹 一 ‘马 。
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ｆ 八 一 一丫 其 ， 习是 态 级 度 而 （ 鞍 上 能 密 。
个 式 中 仄 基 能 密 ， 厂习是 点 的 级 度 这 公 就 ｏ Ｉ ｅｒ ｒ ｈ 】 －是有名的 Ｂｈ认 ｅｅ 公式，在很长一段时间内，人们借助此模型来描述裂变过程与轻粒子发射的竞争，但随着实验技术的提高和大量新实验数据的出现已有的理论和实验之间的矛盾逐渐暴露出来，例如：近年来，对重离子诱发核裂变中断前中子发射进行测量，揭示了一个重要事实，即实验上测得的中子多重性随入射能量的增加比此模型的计算值要高得多。
这个现象称为断前中子多重性增强现 重核裂 变动 力学过程 的颈 部研 究象，因此人们认为核裂变过程并不像平衡态统计理论所假设的那样，在复合核态 瞬时和鞍点态之间 达到平衡，而是一个具有粘滞性的非平衡输运模型，事实上，裂变的非平衡态输运模型和平衡态统计理论几乎是同时出现的。
９ 年， ４ 远在 １ ０ ｒ Ｉ２ ｍ 就提出 用布朗 ’ ｓＫ田ｅｌ 利 研究 题， 运动原理 粒子越过势垒的逃逸问 即裂变问 题。
该模型的主要思想是：将原子核的变形运动比作布朗粒子的扩散运动，将核内核子运动作为一个热浴处理，将单粒子自由度与变形自由度的祸合比作介质分子对布朗粒子的碰撞作用。
并在准稳态近似下推导了越过鞍点的逃逸流公式，第一次将粘滞性引入裂变速率的计算中， ａ ｒ ｅ 得到了著名的Ｋ ｍ 招裂变速率，但由于此公式是在准稳态近似下得到的，因此只适用于低温，当核温度远小于势垒时还应考虑量子穿透效应，并且它给出的裂变速率不随时间变化，因此不能用来研究裂变的瞬态现象。
近年较有影响的核裂变动力学模型是首次通过鞍点模型，但该模型忽略了鞍点后的动力学效应，没有考虑鞍点后扩散过程对鞍点稳定流的影响。
因此我们使用的是自己提出来的试验粒子多次通过鞍点模型。
二 核裂变的应用 一） 核武器 （ 核武器是利用自 持进行的核裂变或聚变反应瞬时释放的能量产生爆炸，并具有大规模杀伤破坏效应的武器的总称。
目前，核武器己有三类：原子弹，氢弹和中子弹，以原子弹为多。
原子弹是利用２ Ｕ或 ２ Ｐ 等重原子核的链式裂变反应原理制成的， ３ ５ ９ ３ｕ 这种核武器也称裂变武器，它是靠化学炸药使处于次临界体积的裂变装料瞬间达到超临１界状态，并适时用中子源提供若千中子，触发链式反应。
我国 １ 于 ９ ６ ０ ６ 首次试爆成功原子弹，并且两年后，完全依靠自 ４ 年 １ 月 １ 日己的力量和科技人员的聪明才智，掌握了氢弹制造原理，是世界上原子弹到氢弹时间间隔最短的国家。
核武器的巨 大破坏力和杀伤力给人类带来了无尽的灾难， 核辐射正严重威胁 然而人类健康。
无论历史将怎样评判， 核武器在战争中的使用是人类历史上的一个重要事件，核武器的拥有和核威胁的抗衡至今仍然衡量着世界大国之间军事发展水平 。
重 核裂变 动力学过程 的颈部研究 （二）核能 核裂变的另一个重要应用就是获取核能，目前全世界已知的可供利用的煤， 石油， ０ 多年了， 于这些化石燃料分布极不均 天然气这类化石燃料只够烧 １０ 又由衡，各个国家的社会经济发展程度相差很大，发展中国家能源
问题最为突出。
我国是一个正在以高速发展的特大发展中国家。
现在制约我国持续高速度发展的主要因素之一就是能源问题，面对当前现实，考虑到长远的全球的能源需求，全世界的科学家，
经济学家和政治家都认识到发展核能是必由之路，大势所趋。
核武器中的裂变反应实际上是一种不可控的核反应过程，要将裂变反应的能量作为动力为人类服务，必须实现可以控制的核反应。
而为了这种持续的链式反 ，必 在 应 程 ，何 代 子 从 于 上 代 中 数应 就 须使 反 过 中 任 一 中 数目 大 它 一 的 子 如 ，通
常用ｋ来表示它们的比 子 当ｋ １ 裂变反 值称为中 增殖系数， ＝ 时， 应能稳定持续 因进行， 此要利用原子能作为动力关 键在于控制裂变反 子增 应的中 殖系数ｋ 核．反应堆就是这样一个装置，在核反应堆中裂变过程释放大量能量，这些能量绝大部分最终都转变为热能，反应堆中产生的热量通过载热剂输送出来可以用来推动发电机，也可以作为热源供给人们取暖。
核能最早应用于潜艇， ９ 年美国第一艘核潜艇下水，目 美国共有 １ ４ １５ 前， ８ １艘核潜艇，我国是世界上第５个拥有核潜艇的国家，另外，核能还被广泛应用载航空母舰，宇宙飞船上。
总之，核能是一种安全而又干净的能源， 未来世界不可缺少。
同各种化石燃料相比，核能对环境和人类健康的危害更小。
核裂变的发现是核物理基础研究的产物，６ 多年来它虽然己 ０ 在核能等方面得到广泛应用，但核裂变的基础研究一直没有间断，并倍受重视。
由于实验条件的不断完善和新设备的建立，以及理论上的巨大进步，直到今天它仍然是核物理研究中一个非常活跃的领域。
三 本文研究的目的、意义和主要研究的问题 前， 目 对于重核裂变机制以及超重核合成动力学机制的研究是国内外核物
理学中的长期和重大的前沿课题，它为实验上寻找超重元素提供着理论指导。
但是国内在这方面的研究还有很多空白，尤其是在重核裂变过程中，对于颈部构成的研究很少，多重于势能面和核结构的静态性质的研究，同时利用了很多的近似，颈部自由度的关键性作用还有待进一步的
工作。
在重离子诱发核裂变反应中，颈部断裂条件是影响裂变输出量的重要因素之一，而简单的几何构形不能对裂变输 重核裂变动力学过程 的颈部研究出量如裂变碎片平均动能，动能及质量分布宽度和断前中子多重性等同时给出合理的描述。
因此，在本
论文中，我们利用自己提出的试验粒子多次通过位垒方法进行朗之万数值模拟计算，考虑了回流效应引起的颈部振荡，重点研究在裂变过 以程中颈部振动对核裂变速率的影响， 期解决目 前的扩散模型造成对重核裂变速率过高估计的问题，这些都将进一步加深和丰富人们对于重核裂变过程中的动力学机制的理解。
下几个方面做了研究和探讨： 本文主要对以 （ 一） 讨论非谐势对裂变速率的影响，例如：我们已经构建了带结构的势垒形式，可以将其应用到核裂变速率的计算中，具体讨论带结构的势对核裂变速率的影响，以便选用最接近核内真实势的形式。
二） （ 用试验粒子多次 通过位垒方法讨论重核裂变动力学过程中，颈部振动对裂变速率的影响以及对裂变时间尺度等物理量的影响。
进一步认识和理解回流效应和颈部振动变化对重核裂变机制的影响。
（ 三） 编写计算颈部振动的程序，进一步讨论颈部长度的一些物理性质例如：它随着温度， 阻尼的变化情况，更深入地讨论颈部振动对核裂变速率的影响，我们还可以讨论试验粒子在鞍点处的振荡频率， 给出它的定义式，编写
程序计算鞍点处的振荡频率。
重核裂变动力学过程的颈部研究 第二章 理论基础 ４ .
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2013-10-20
