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基于重离子输运理论对超重核合成及非对称核物质状态方程的研究

李文飞  
【摘要】: 正在建造的兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)加速器系统可以提供能量为几个MeV/u到1.1GeV/u的重离子束流。其中超重核合成机制研究和非对称核物质状态方程研究是该加速器系统上的两个重要的研究方向。在HIRFL-CSR建造的同时,对相关物理进行系统的有针对性的理论研究是必需的。本论文是为配合在HIRFL-CSR上开展这两方面的物理工作而进行的理论研究。主要内容包括:建立了一个描述超重核合成的理论模型,并基于这一模型研究了实验上合成超重元素的最佳激发能和最佳弹靶组合;基于同位旋相关的量子分子动力学(IQMD)模型,研究了非对称核物质性质,并提供了几种在HIRFL-CSR能区的实验中提取非对称核物质状态方程的可能途径。 基于双核系统概念建立了一个描述超重核合成的理论模型。该模型合理地包含了重离子熔合过程中的动力学效应,并且能够充分地体现重离子熔合过程中弹靶的结构效应。并基于该模型重点开展了如下几个方面的工作: 1.计算了基于冷熔合反应合成超重核的可能的最佳激发能。由于超重核合成反应的激发函数宽度很窄,因此要求实验能够尽量精确地选择炮弹的入射动能,以给出最高的蒸发剩余核截面。本文最佳激发能的计算可以为超重核合成实验选择束流能量提供参考。 2.研究了蒸发剩余核截面的弹靶相关性,并从理论上给出了合成超重核的最佳弹靶组合。如对以Zn同位素为炮弹的冷熔合反应合成112号元素时,选择67Zn为炮弹时蒸发剩余核截面最高。这为实验上挑选弹靶组合提供了依据。 3.计算给出了超重核的自旋布居及其对复合核裂变位垒和鞍点态形变的依赖性。发现超重核的自旋布居强烈地依赖于复合核的裂变位垒,高的裂变位垒会给出宽的自旋布居,而超重核的自旋布居对鞍点态形变不是很敏感。因此通过实验测量超重核的自旋布局来提取超重复合核的裂变位垒是可能的。 基于该模型还研究了超重复合核的存活几率及其质量、能量及角动量等相关性,发现超重复合核的存活几率存在显著的奇偶效应。同时对多核子转移反应合成超重元素的可能性进行了初步的探讨。目前的结果表明基于多核子转移反应合成108号以上的元素是困难的。 非对称核物质状态方程研究对天体物理及理解奇异核结构是十分重要的。本论文基于Skyrme-Hartree-Fock理论以及IQMD模型研究了非对称核物质的性质,并提出几种在HIRFL-CSR能区开展非对称核物质状态方程研究的可能方案。具体工作包括: 1.研究了中能重离子碰撞过程中的化学不稳定性,计算表明重离子碰撞中是可以发生化学不稳定性的,且在入射能量较高时化学不稳定性会消失。这对理解实验上观测到的原子核多重碎裂的同位旋效应是很重要的。另外首次研究了高密核物质的化学不稳定性及其发生的条件。 2.中子星主要是由致密的极丰中子物质组成,因此提供了研究高密非对称核物质的自然实验室。基于Skyrme-Hartree-Fock理论研究了两种典型的非对称核物质状态方程(软对称势和硬对称势)对中子星中化学组分的影响。结果表明,对具有软对称势的核物质状态方程,中子星内部会出现纯中子物质芯。 3.基于IQMD模型研究了同位旋相分化(isospin fractionation)现象并分别从静态和动力学的观点研究了同位旋相分化现象的产生机制。另外计算表明,实验上可以利用同位旋相分化现象来提取非对称核物质状态方程,并且通过与MSU的实验数据比较指出非对称核物质应该有软的对称势。这一结果对非对称核物质状态方程的密度相关形式提供了约束。 4.研究了中能重离子碰撞中的径向流现象及其产生阈的同位旋效应。发现软对称势和硬对称势的状态方程给出了截然相反的径向流产生阈的同位旋相关性。这为实验上利用径向流产生阈的同位旋相关性来提取非对称核物质状态方程提供了一条有效途径。 本论文工作从理论上为在HIRFL-CSR加速器系统上开展超重核合成及非对称核物质状态方程研究提供了有针对性和有价值的参考。


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