Ядро урана-235, поймавшее медленный нейтрон, не сразу разлетается на осколки. Сначала оно как будто застревает в двух «ямах» — состояниях с разной формой. Первая, основная, — это слегка вытянутая капля. Вторая, изомерная, — капля, растянутая сильнее, но ещё не порванная. Переход из одной ямы в другую похож на переваливание через горку, а потом — через внешний барьер, после которого начинается необратимый разрыв.
Учёные впервые проследили за движением ядра в каждой из этих ям по отдельности. Они использовали расчётный метод, который раньше применяли только к последней стадии — от «седла» (точки, где ядро уже готово разорваться) до самого разрыва. Оказалось, что в обеих ямах движение сильно «вязкое»: форма ядра меняется не свободно, а словно в густом сиропе. Но есть и разница. В основной яме любое начальное отклонение формы быстро затухает — ядро почти сразу принимает ровную, симметричную форму. В изомерной яме всё иначе: форма ядра начинает колебаться с большой амплитудой, почти как маятник, долго не успокаиваясь.
Ещё одна находка: в обеих ямах ядро с небольшой вероятностью испускает нейтрон. Это значит, что ещё до разрыва уран может потерять часть своей массы. Такие нейтроны могут влиять на цепную реакцию в реакторе или бомбе.
Раньше эти ранние стадии деления описывали только грубыми моделями. Теперь появился микроскопический расчёт, который можно соединить с уже известной картиной последней стадии. В итоге складывается полная история: от захвата нейтрона до разлёта осколков. Это поможет точнее предсказывать, сколько энергии выделится и какие изотопы родятся в реакторах.
как её написали авторы, на английском arXiv:2608.08875v1
In fission induced by low energy neutrons, the mother nucleus spends a significant fraction of the time in the ground state and isomer wells, eventually passing beyond the outer barrier, where the primary fission fragments properties are defined. Despite this, the dynamics of these two early stages have not been investigated using microscopic models. This study examines the evolution of the mother nucleus in both wells separately, using time-dependent density functional theory, which has been previously used to treat the saddle-to-scission stage of fission for $$^{235}$$U(n,f) reactions. These two early stages of fission are essential blocks in the final theory of the formation and evolution of a compound nucleus. The present study shows that the dynamics in both wells is strongly dissipative, similar to the dynamics from saddle to scission. It also reveals that while the initial mass asymmetry of the system quickly settles to very small fluctuations in the ground state well, in the isomeric well, the mass asymmetry oscillates with a rather large amplitude, in almost harmonic motion. Furthermore, with low probability, neutrons are emitted in both wells.
Изомерная яма урана-235 была обнаружена ещё в 1960-х, но её роль в делении оставалась загадкой. Теперь выяснилось, что она работает как «качели» для формы ядра.