核裂变的裂变理论
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发布时间：2022-04-20 08:49
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时间：2023-06-25 14:27
关于裂变的全现象尚无为人们普遍接受的完整统一的理论，但是，关于裂变的各个方面，则已发展了一些较成熟的理论模型。
裂变势能曲面的计算
最初是应用液滴模型的方法。即把原子核看成均匀带电的不可压缩的液滴，用一组形变参量描写核的各种形状，原则上可以计算出各种变形下的势能。在得出的势能曲面（*空间的曲面）上沿着能量最低的谷底，可以画出裂变的“途径”，并求出势垒的各参量。在这个模型中，原子核的Z/A是一个关键的量，它反映了质子之间库仑相互作用能量与核子之间核力相互作用的表面能量之比。Z/A越大，裂变势垒就越低，自发裂变几率也越大，这是和实验测定的半衰期的变化趋势一致的。
液滴模型虽有不少成功之处，但它不能解释低激发能裂变中不对称裂变优先等一些重要现象。为了改进这种模型，斯特鲁金斯基引入了把液滴模型和壳层模型巧妙结合起来的“宏观－微观混合模型”。按照这种模型，原子核的势能分为平滑部分和涨落部分两项之和。
第一项是按液滴模型计算的值；
第二项是壳校正项，即在按壳层模型算出的能量值中，减去假设的把费密面附近的能级加以展宽、能级密度加以平滑化而算得的能量值。
对于从铀到锫的核素，由于壳校正的加入，原来的单峰裂变势垒变成了双峰势垒，出现了中间势阱。这种理论能够满意地解释60年代发现的自发裂变同质异能素及垒下裂变共振成群（“中间结构”）现象等实验事实。
裂变道理论
一个变形的原子核除了单粒子运动外，还存在集体振动和转动，这些运动方式是互相耦合的（见综合模型）。考虑激发能超过裂变势垒不太多的情况。当核从复合核态过渡到鞍点态时，处在鞍点上的原子核是一个大变形核。由于激发能转化成了核的形变能，尽管在复合核态时激发能相当高，到鞍点时，激发能就很低了，或者说，核变冷了。因而可以认为鞍点的核与通常的小形变的冷核相似，也具有一组转动和振动能级。这些能级各有特定的量子数 （J、π、K；K是总角动量J在核对称轴上的投影，π是宇称）。原子核在裂变时要保持这些量子数守恒，到达鞍点的核只能占据具有一定J、π、K的能级，这些能级就形成了核通向裂变的通道，称为裂变道。裂变道理论很好地解释了碎片角分布各向异性的现象。
裂变几率的计算
这是裂变理论中发展较早的一部分，可以分为自发裂变和感生裂变几率的计算两部分。关于自发裂变，人们可以仿照α衰变采用量子力学隧道穿透理论。但是由于裂变势能曲面是一个*的曲面，相应的质量参量又必须用微观理论来计算，所以实际上仅在极少数情况下进行过比较认真的计算，结果也有很多不定因素。但是人们利用这种概念作了一些系统学的工作，表明大致趋势是不错的。
关于感生裂变，感兴趣的是在给定的核激发能E下，发生裂变的几率。这个问题N.玻尔和J.A.惠勒早在1939年，就在平衡统计的假设下计算过了。据此假设核处在鞍点的几率为ρf(E-Ef-Ek)/ρo(E),式中ρ0及ρf分别为处于基态形变及鞍点总形变时核的能级密度，Ef及Ek分别为核鞍点势垒高度和集体运动动能，设集体运动也服从平衡统计分布，则单位时间裂变几率为： 这个公式虽然一直为人引用，但难以严格从实验上验证，因为ρf既难在理论上进行可靠的计算，又无裂变以外的实验可加以测定。对ρf的粗略的理论估计表明，在激发能不高的情况下这个公式大体上是可用的。
裂变机制的模型
是裂变理论中最困难和最不成熟的部分，仅作简单的介绍。
① 最早发展的是一种流体力学模型，认为在裂变过程中，核的形变服从经典流体力学的规律。一个三维液滴的运动也是很难计算的，实际上只能对形变加以严格的*，在引入适当的粘滞性后，这种理论能给出碎片的平均动能。以及较轻的核裂变对称质量分布。
② 关于低能裂变现象，也可以直接用量子力学的含时间的自洽场方法来计算，这种微观理论也取得了一些进展，不过与系统地解释各种裂变现象还有很大距离。
③ 裂变统计模型认为，从鞍点下降到剪裂点的运动足够快，或裂变核集体运动自由度与单粒子自由度之间耦合足够强，以致集体运动的能量可以转化为粒子内部自由度的能量。在这种前提下，可以假定，在剪裂点处存在统计平衡。不同的断裂组态（断裂组态由两个即将产生的碎片的质量、电荷、形变及动能来表征）的相对几率正比于本组态的能级密度。根据这样的考虑，可以计算出碎片的质量分布。统计理论在原则上也可以预言裂变的其他许多特性。实际计算时要采用可调参量，在加上壳效应之后，裂变的许多图像看来是与统计理论定性相符的。但是由于统计平衡的假设本身根据不足，计算中又引入了过多的参量，这种理论也不成熟。
④ 发展了一种非平衡的统计理论，这种理论认为裂变过程是由于形变运动与粒子自由度耦合，沿势能曲面所做的半无规的迁徙运动。核的形变几率的变化由输运方程所决定，这种理论的计算难度很大，尚无可靠的定量结果。总之，如何从理论上有效地处理这种大形变的集体运动，是一个尚待进一步探讨的课题。
