【摘 要】
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原子核裂变因其在军事、能源以及工农医等各行业中扮演着至关重要的角色,一直是原子核物理以及工程物理中的重要研究对象。在基础研究方面,裂变是决定超重元素稳定性的主要因素之一;决定着星系演化中重元素核合成r-过程的终点以及所合成核素的丰度;也是产生短寿命奇特原子核的重要途径。因此,有必要发展能够精确描述裂变过程的微观理论。重核裂变的微观研究通常基于原子核能量密度泛函理论(DFT)。它同时考虑了Pauli
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原子核裂变因其在军事、能源以及工农医等各行业中扮演着至关重要的角色,一直是原子核物理以及工程物理中的重要研究对象。在基础研究方面,裂变是决定超重元素稳定性的主要因素之一;决定着星系演化中重元素核合成r-过程的终点以及所合成核素的丰度;也是产生短寿命奇特原子核的重要途径。因此,有必要发展能够精确描述裂变过程的微观理论。重核裂变的微观研究通常基于原子核能量密度泛函理论(DFT)。它同时考虑了Pauli不相容原理以及核子-核子间相互作用,自洽包含了壳效应和量子多体效应,能够给出结构复杂的裂变位垒和断点性质。为了定量研究裂变动力学性质需要引入含时动力学演化,一种常用理论为含时生成坐标方法(TDGCM)和高斯重叠近似(GOA)。它将原子核波函数描述为集体形变空间中内禀态的叠加,能自洽包含裂变过程中的量子涨落效应。通过在集体空间中构建基于多维位能曲面和质量参数的局域含时类Schr?dinger方程,集体波函数的动态演化得以完全确定。在此框架下,合作导师与其合作者基于协变密度泛函理论(CDFT)在四八极形变空间中对226Th低能光致裂变开展了研究,给出了与实验数据定性符合的结果。由于裂变过程中大形变组态的复杂性,基于形变谐振子基(单心基)的二维计算存在剪裂点附近组态跳变,无法找到最优裂变通道等问题。构建包含更多形变自由度(如脖子处核子数)的双中心谐振子基(双心基)CDFT框架是一个解决上述问题行之有效的办法。采用双心基可以有效提升程序计算时的精度和效率,为多维运算打下基础。包含脖子处核子数自由度可以考虑更多裂变通道,同时实现对剪裂点的精确定位,获取更合理的剪裂组态信息。在CDFT的框架下,本文通过引入双中心谐振子基,更高精度地求解协变密度泛函理论中的Dirac方程,从而改善了用于研究原子核裂变的静态学性质,具体包括位能曲面、集体质量等集体参量。同时,本文利用含时生成坐标方法描述集体波函数的动力学演化,探讨不同静态参量对动力学演化的影响。以226Th为例,详细比较了单心基与双心基在程序计算以及最终结果中的差异,具体包括:1).双心基CDFT程序具有更易收敛的特性:在计算大形变组态时迭代步数平均减少13%。2).双心基CDFT程序计算结果更加精确:主壳数选用20计算大形变组态时,双心基CDFT程序计算结果比单心基精度提高0.3Me V。3).双心基CDFT程序效率更高:为达到与双心基主壳数为20相当的计算精度,单心基所需主壳数至少为24,且计算用时为双心基的2.56倍。4).基于双心基CDFT的动力学演化更合理:基于双心基CDFT裂变势能面进行动力学演化得到的裂变碎片分布相比于单心基,非对称裂变峰值由15.06%降低至13.76%,整体更符合实验数据。最后,我们采用CDFT约束计算对180Hg中发现的新型非对称裂变模式开展研究。由于双幻核90Zr的影响,180Hg的低能裂变被预测为对称裂变,这与实验中发现的非对称裂变为主的结论相悖,从而引起了高度关注。本文在剪裂组态附近进行三维(β2,β3,q N)约束CDFT计算,定义裂变谷与聚变谷间的鞍点为剪裂点,以获取更为精确的剪裂组态信息。在势能面上观察到非对称裂变谷,其剪裂时的重/轻碎片为101Rh/79Br,与实验数据吻合。此外,与其他剪裂点相比,最低能量处剪裂组态的重碎片具有相当小的四极形变(β2≈0.4)和八极形变(β3∈(0.3,0.4)),这是由于N=56的中子八极壳间隙导致的。对剪裂组态高度敏感的碎片总动能分布很好地再现了实验数据的主要特征,为剪裂组态的精确定位方法提供了佐证。最后,动态TDGCM计算再现了180Hg低能裂变的非对称产物分布,尤其是峰值位置。
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