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物理学院裴俊琛课题组在《物理评论快报》发表应用神经网络对核裂变产物的研究进展

原子核裂变数据的精确测量是很多核物理应用的先决条件,比如核能、国防、辐射防护、核废料处理、产生稀有同位素等。核裂变物理在超重元素合成、反应堆中微子、中子星融合中的r-process等研究中也不可缺少。特别是走向新一代核能-快中子反应堆,急需锕系核区精确的不同能量中子诱发裂变数据。但是目前实验和理论都无法提供可靠及完整的能量相关裂变数据。

由于涉及中子的实验难度较大,国际上主要的核数据库只有几个能量点的裂变数据。理论上基于微观模型去描述裂变过程非常复杂,是一个涉及多维位能面的大幅度、非绝热的量子动力学过程。目前微观理论对裂变可观测量的描述还有较大误差。 此外基于唯象裂变模型对未知核区和未知能区的外推往往不可靠。

手机投注平台物理学院裴俊琛研究员课题组首次采用贝叶斯神经网络(Bayesian Neural Network)来评估不完整的裂变产物分布。此前贝叶斯神经网络对原子核质量外推有一些成功的应用,并可以得出推断的误差,但是仍有量子壳效应的疑虑。核裂变过程涉及复杂的位能面,裂变产物分布具有统计特征,比较适合神经网络。

贝叶斯神经网络对不完整核裂变产物的评估

目前核裂变产物的实验测量很难给出完整的产物分布,只能结合模型评估给出完整的裂变产物分布。人们通常基于唯象模型、通过调参数来拟合出产物分布。该工作通过对已有裂变数据库的学习,当实验测量给出不完整的裂变数据时能够推断出完整的裂变产物分布。结果表明,随着中子能量增加,裂变模式逐渐从不对称裂变演化成对称裂变。这说明神经网络能成功抓住部分物理图像。当实验数点很少时,唯象评估模型失效,神经网络仍然可以给出有效的评估和合理的置信区间。贝叶斯神经网络对核裂变产物的评估开辟了一个新的方向,展现了机器学习的一个实际应用范例,将对核数据的定量评估产生重要影响,有望更好地提供应用级的精确核数据。

不同能量的裂变模式演化

相关工作以“Bayesian Evaluation of Incomplete Fission Yields”为题发表在近期的《物理评论快报》【Z.A.Wang, J.C. Pei, Y.Liu, Y.Qiang, Phys .Rev. Lett. 123, 122501(2019)】上。其中物理学院本科三年级学生王子澳为第一作者,裴俊琛为通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划、核物理与核技术国家重点实验室的支持。

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