【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，北京大學(xué)物理學(xué)院技術(shù)物理系、核物理與核技術(shù)全國重點實驗室的裴俊琛課題組與北航杭州國際創(chuàng)新院的合作者從高速轉(zhuǎn)動核裂變這一獨特角度為裂變后碎片自旋的產(chǎn)生機(jī)制給出了新見解。相關(guān)成果以“Fragment spin generation and scission mechanism in rapidly rotating fission”為題，于2026年9月15日在物理評論C作為Letter發(fā)表(Phys. Rev. C 114, L031602 (2026))。
 

　　核裂變的最后斷裂階段(scission)是量子多體體系的劇烈分裂過程，科學(xué)家一直好奇斷裂的一瞬間究竟發(fā)生了什么。一個出人意料的現(xiàn)象是即使初始角動量為零的自發(fā)裂變，之后裂變碎片會產(chǎn)生約7?的自旋。2021年一項發(fā)表在Nature的實驗發(fā)現(xiàn)裂變碎片的平均自旋與其質(zhì)量呈“鋸齒形”關(guān)系，且兩個碎片的自旋之間沒有顯著關(guān)聯(lián)，碎片自旋很可能是在核斷裂之后才產(chǎn)生的。這引發(fā)了理論上的強烈興趣。
 

　　基于微觀裂變理論，兩個初始碎片的自旋必然存在量子關(guān)聯(lián)。直觀上碎片角動量有多種產(chǎn)生機(jī)制：兩個碎片自旋垂直于裂變方向的模式(反向bending，同向wriggling)，平行于裂變方向的模式(twisting，tilting)。目前理論研究都是基于自發(fā)裂變，碎片自旋產(chǎn)生模式受量子漲落主導(dǎo)。 進(jìn)而實驗上對裂變碎片自旋的產(chǎn)生隨初始核的激發(fā)能和角動量的變化十分關(guān)注。
 

　　高速轉(zhuǎn)動原子核裂變的碎片自旋與初始角動量存在有很強的極化效應(yīng)。碎片自旋一部分來源于繼承的角動量，一部分產(chǎn)生于多種自旋斷裂模式。在原子核高速轉(zhuǎn)動時，其轉(zhuǎn)動慣量趨近于經(jīng)典近似，為角動量貢獻(xiàn)的分解提供了可能。該工作在時間相關(guān)的密度泛函框架下，實現(xiàn)了系統(tǒng)改變初始裂變核²??Pu的角動量與激發(fā)能來計算碎片的角動量。結(jié)果表明，輕碎片比重碎片的角動量更大，這也符合實驗觀測的鋸齒結(jié)構(gòu)。 但是隨著激發(fā)能增加，兩個碎片的角動量越來越接近，預(yù)示著鋸齒結(jié)構(gòu)將隨激發(fā)能而不是初始角動量的增加逐漸消失。該工作進(jìn)一步計算了碎片所繼承的角動量。結(jié)果表明，重碎片比輕碎片繼承了更多的角動量，重碎片繼承的角動量比其總自旋還要大。 基于碎片自旋的兩種來源分解，表明在低激發(fā)能區(qū)碎片的自旋產(chǎn)生模式符合bending模式。 在高激發(fā)區(qū)，碎片自旋產(chǎn)生更復(fù)雜，多種自旋斷裂模式都可能被激活。 此外，高自旋核裂變比自發(fā)裂變更猛烈，導(dǎo)致其斷裂前的脖子更拉伸，對裂變后的總動能釋放和觀測量分布展寬都產(chǎn)生顯著影響；高速轉(zhuǎn)動裂變還導(dǎo)致碎片產(chǎn)生明顯的三軸形變，斷裂處產(chǎn)生垂直出射中子流等新現(xiàn)象。該工作表明高速轉(zhuǎn)動核裂變由于其自旋極化效應(yīng)對碎片自旋的產(chǎn)生機(jī)制與斷裂機(jī)制研究提供了一個更清晰的窗口。
 

　　強雨為論文第一作者，裴俊琛為通訊作者。這項研究的出發(fā)點也受益于與國內(nèi)實驗和理論同行的討論。強雨此前為課題組2022屆博士生和博雅博士后，目前為北航杭州國際創(chuàng)新研究院副研究員。該研究得到了國家自然科學(xué)基金和核物理與核技術(shù)全國重點實驗室的支持。
 

　　引用：高速轉(zhuǎn)動核裂變碎片的自旋產(chǎn)生機(jī)制-核物理與核技術(shù)全國重點實驗室【引用時間：2026年9月17日】