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重离子熔合反应和强阻尼反应的输运理论研究

田俊龙  
【摘要】: 本论文基于改进的量子分子动力学(ImQMD)模型研究了以下两个方面的工作: 第一方面,对重离子熔合势垒和熔合反应动力学机制进行了研究。首先,系统地研究了超重核合成中的入射道静态势,在静态势的研究中主要突出了两点:库仑势垒和俘获势阱。从这两点出发研究了合成相同复合核~(262)Sg的18个反应体系的静态势。发现从对称体系到不对称体系垒高逐渐降低,俘获势阱的宽度与深度也越来越强,给出了质量不对称度与静态势垒高以及质量不对称度与接触点驱动势的关系。由质量不对称度与静态势垒高的关系得出:对称体系不利于合成超重元素。其次,研究了熔合反应的动力学势,我们发现动力学势垒高度是能量依赖的,它随着入射能量的增加而增加,最终趋近于密度冻结势垒的高度:动力学势垒高度随着入射能量的降低而降低,它的最低值接近于绝热势垒高度。为了进一步理解动力学势垒的能量依赖,研究了颈部的形成和体系的动力学形变,发现这是促使动力学势垒降低的主要原因。基于Skyrme能量密度泛函微观计算的入射道势我们给出了一个改进的Woods-Saxon势来宏观描述重离子熔合反应中的核一核相互作用势。用这种方法可以把一系列从轻核到重核反应体系的熔合势垒描述得很好,基于这种势垒得到的激发函数也能很好的再现实验结果。对合成超重核的冷熔合和热熔合反应的入射能量进行了探索,我们发现用改进的Woods—Saxon势可以为超重核的合成提供一个经验的入射能量的范围,即入射能量在平均位垒B_m和位垒B_(ws)之间有利于超重核的产生。最后,对合成117号超重元素的最佳弹靶组合和合适的入射能量进行了讨论。 第二方面,研究了重核强阻尼反应过程中初级超重碎块的产生几率、巨复合体系的性质和末态产物的质量分布。首先,在入射能量为680-1880 MeV内,研究了反应~(232)Th+~(250)Cf和~(238)U+~(238)U产生的原子序数Z≥114的超重碎块的几率随入射能量的变化。发现不对称强阻尼反应~(232)Th+~(250)Cf中超重碎块的产生几率高于对称反应~(244)pu+~(244)pu和~(238)U+~(238)U超重碎块的产生几率。计算表明初级碎块的质量(电荷)分布和超重碎块的激发能分布也强烈依赖于入射能量。其次,用ImQMD模型研究了强阻尼反应在不同能量下反应体系的密度和碎块的质量(电荷)分布随时间的演化,得到了在不同能量下巨复合体系的平均寿命,给出复合体系的寿命分布和平均寿命的能量依赖关系。质心系能量在1180 MeV附近,反应~(238)U+~(238)U形成的复合体系平均寿命可能会超过1100 fm/c。进一步计算了强阻尼反应~(238)U+~(238)U的入射道动力学势、绝热势和非绝热势并对它们进行了比较,我们发现通过ImQMD模型计算的动力学势与基于双中心壳模型计算的绝热势非常接近,相对于非常陡峭的密度冻结势来说,在弹靶接触位型阶段两者都变得比较平坦。这种平坦的动力学势暗示了复合体系能够存在一段时间。我们进一步研究了反应过程中不同时刻的质子和中子的单粒子势,计算表明质子的单粒子势表面存在库仑位垒,其最大值达20 MeV导致长寿命的巨复合体系的存在。对复合体系的形状进行的研究发现大多数复合体系是大变形的,随着质心系入射能量从680 MeV到1880 MeV的变化,复合体系的拉长方向与束流方向的夹角从O°(180°)变到90°(270°),而入射能量为1180 MeV时复合体系的拉长方向的分布是接近各向同性的。对复合体系中核子的动量分布随入射能量的变化进行了研究,发现在一定能量形成的巨复合体系具有各向同性的动量分布,即使复合体系基本达到局域平衡时巨复合体系有较长的寿命。从分析超重碎块的产生几率随时间的演化,研究了强阻尼反应产物的衰变过程,通过两种不同的衰变斜率可以把它的衰变过程分成两个阶段,分别相应于巨复合体系的衰变和超重碎块的衰变(包含发射中子、质子和其他轻带电粒子及裂变过程)。超重碎块的衰变斜率明显小于巨复合体系的衰变斜率,这可能有助于超重碎块的存活。最后,应用ImQMD模型结合统计蒸发模型(HIVAP)计算了入射能量为7.0A MeV的反应体系~(238)U+~(238)U最终产物的质量分布并与实验结果进行了比较,计算结果基本上能够再现实验结果。


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