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基于ImQMD模型和两步模型研究重核及超重核反应

莫海锋  
【摘要】:本文利用ImQMD模型来研究重离子熔合体系的动力学核-核相互作用势和势能面,包括一系列48Ca和50Ti引起的熔合反应。此外利用统计模型-拓展的托马斯费米近似将原子核的动能部分表示成核子的密度形式,这样就可以用一个统-的能量密度泛函来表示原子核的能量。另外在计算48Ca系列的轻核体系时,ImQMD模型在理论上计算得到的熔合位垒很够很好的符合从实验熔合激发函数中提取的熔合位垒,这说明ImQMD在计算轻核体系有较大的优势,它与含时间的Hartree-Fock计算得到的核-核势非常接近。由于熔合位垒依赖于体系的质心能量,因此我们又研究了在不同能量下体系的核-核相互作用势及势能面。由于重核体系的核-核相互作用势较轻核体系有很大的不同,在两核质心距离很近时尤为突出,在对称体系下,两核近距离接触时的位垒高于绝热位垒。入射道势只包含一个自由度,是两核质心距离的函数,势能面包含两个自由度,是质量不对称系数和两核质心距离的函数。计算表明重核体系的核-核势和势能面对质心入射能量依赖程度不大,当质量不对称系数越小,弹靶体系距离在接触点或小于接触点时,其核-核势呈现上升趋势。 两步模型是一个宏观的描述核反应的模型,该模型对原子核的熔合反应包括两个阶段:弹靶接触前的粘连过程和从弹靶接触到形成复合核的形成过程。粘连过程采用经验公式描述,形成过程是一个非平衡态热力学过程,用多维朗之万方程来描述。这两个过程是各自独立的,都有自己的概率,这两个概率相乘就是复合核的熔合概率。由于形成概率的大小与复合核的激发能,体系的核-核相互作用势能,体系的总角动量等因素有关,而且形成概率对熔合概率有非常大的影响,所以能够准确的计算出体系的核-核相互作用势非常重要,很多人都非常关注。我们利用该模型计算了重核质子数Z=119、120的粘连、形成、熔合概率及熔合截面,最后结合统计蒸发模型给出了超重核的剩余截面。 我们知道原子核是一个相互作用的多体费米子体系,很难用一个统一的模型去描述原子核反应及超重核形成过程的整个阶段。目前有宏观和微观两种模型来描述原子核反应,宏观模型如两步模型,微观模型如BUU模型、QMD模型各版本。本论文利用半经典的ImQMD模型来描述原子核反应,同时结合两步模型研究超重核的形成。两步模型中的势能面是基于液滴能计算所得到的,该势能面包括3个自由度,分别是质量不对称方向,颈部形成方向和两核质心距离与复合核半径标度方向,而且两核的质心可以演化到零。但是ImQMD模型中的势能面是2维的,仅是质量不对称度和两核质心距离的函数,该模型中两核质心距离不可能演化到零,除非体系的质心能量很大且演化时间足够长,这样会导致程序计算耗时太久,要想系统的计算势能面几乎不太可能。而且体系的质心能量一旦很大,复合核的激发能也就很大,对于重核体系激发能一般超过50MeV时体系的温度就非常高,这样ImQMD模型结合两步模型计算相应复合核的剩余截面就非常低同时对于低激发能区的剩余截面就不能给予很好的描述,这给两种模型的结合带来很大麻烦。我们用ImQMD模型研究48Ca系列和50Ti系列的熔合反应,试探了其核-核相互作用势和势能面与体系质心能量依赖程度的大小,从而采用了一个较合理的针对于48Ca系列和50Ti系列熔合反应的质心能量。另外我们还假设了,体系的随机力强度,质量张量等物理量对温度的依赖不是非常敏感。在这两个前提下,基于ImQMD在碰撞参数b为零时得到的核-核相互作用势能面代替两步模型中体系总角动量L=0的核-核相互作用势能面,从而研究重核的熔合反应机制以及超重核的形成过程与剩余截面等信息。


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