质子引起的散裂反应及介质内的核子—核子有效相互作用和两体散射截面

【摘要】： 介质中的核子—核子有效相互作用和两体散射截面作为微观输运理论模型的两个基本输入量，对中能核反应的动力学描述十分重要。人们从理论和实验上对此进行了广泛而深入地研究，但仍然没能很好地确定核物质、特别是非对称核物质的状态方程以及两体散射截面的密度依赖形式。本文尝试利用中能核子入射引起的散裂反应对这些问题进行研究。 散裂反应的研究在实际应用和理论研究两方面都有很重要的意义。与重离子碰撞相比，散裂反应在入射能量不太高的情况下反应过程的温度比较低。所以利用散裂反应核数据抽取到的核物质的核态方程比从重离子碰撞中得到的核态方程更接近零温时的核态方程。本工作中，我们利用改进的量子分子动力学模型ImQMD结合统计衰变模型研究了能量在1 GeV以下的质子入射~(16)O、~(27)Al、~(56)Fe、~(208)Pb等靶核引起的散裂反应。采用不同的Skyrme参数(SkP、SkM~*、SIII、SkT6、SLy7)研究了核子—核子有效相互作用对散裂反应机制以及出射中子双微分截面的影响。研究发现不同的核子—核子有效相互作用对低能的出射中子能谱影响比较明显，并且这个效应随着质子入射能量增大而减弱。采用对应软的核态方程的SkP参数给出的出射中子双微分截面与实验符合得非常好。我们的计算还给出了出射质子、α粒子的双微分截面以及散裂产物的生成截面。采用改进的量子分子动力学模型结合统计衰变模型的方法计算得到的出射中子双微分截面比以往模型给出的结果要好，并且由于我们的模型没有可调的参数，所以具有很强的预言能力，这对散裂反应的实际应用非常有意义。 利用ImQMD模型计算了80-200 MeV质子入射靶核~(12)C、~(27)Al、~(40)Ca、~(90)Zr的反应截面的激发函数，分别采用了G.Q.Li(PRC48，1702；PRC49，566)、C.Fuchs(PRC64，024003)、M.Kohno(PRC57，3495)以及Q.F.Li(PRC62，014606)等人基于不同微观多体理论给出同位旋相关的、密度和能量依赖的5种核子—核子(NN)散射截面。我们发现，反应截面对介质中的NN散射截面很敏感，可以作为研究介质NN散射截面的一个观测量。通过与相应反应实验数据相比较，并比较p+~(12)C反应与其它3个反应过程中入射质子与靶核中核子碰撞区域的定域密度分布情况的差别，我们得到了一个初步结论：在ρ＜0.5ρ_0时，5种介质中的NN散射截面给出了一个合理的介质压低效应的范围，而在0.5ρ_0＜ρ＜1.0ρ_0时，真实的介质压低效应可能要比这5种理论预言的结果更强一些。 进一步地我们研究了p(n)+A反应中的同位旋效应，我们通过比较核子入射~(112-132)Sn同位素与相应的β稳定线上的同量异位素的反应截面，研究了反应过程中由对称能的密度依赖形式以及同位旋相关的NN散射截面引起的同位旋效应。研究发现：1．虽然采用自由的NN散射截面计算得到的反应截面σ_R要高于实验数据，但是能够正确地反应出σ_R随入射能量增大而降低、随反应体系质量增大而升高的趋势；2．计算得到的质子入射β稳定核的反应截面((σ_R／π)~(1/2))与体系质量(A~(1／3))变化的斜率关系与实验上抽取到的半经验公式相符。而质子入射Sn同位素的反应截面随体系质量变化的斜率明显地高于半经验公式，表现出了明显的同位旋效应。因此，系统地测量质子在Sn同位素上的反应截面将提供一个新的研究非对称核物质核态方程的有效观测量。3．p(n)+A反应截面与对称势的密度依赖形式相关。对称势从两个方面影响反应截面：1)．不同的对称势的密度依赖形式决定了靶核不同的中子皮厚度，由于NN散射截面的同位旋依赖不同，中子皮厚度不一样而导致反应截面出现差异。2)．对称势对入射核子运动状态的影响。对于质子入射，软的对称势在ρ＜ρ_0时使得平均场对质子的吸引增强而碰撞几率增大，因此越软的对称势给出的反应截面越高；对于中子入射，对称势使得平均场对中子的吸引减弱，此时不同对称势密度依赖形式给出的反应截面的差别主要取决于其给出靶核中子皮厚度的大小。