自洽Thomas-Fermi近似方法对核物质状态方程和热核性质的研究

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核物质状态方程是研究超新星爆发等问题的重要输入量,在低温低密度区域,核物质为非均匀分布,关于非均匀核物质相的研究,相对论Thomas-Fermi近似是常用的方法之一。在早期采用的参数化Thomas-Fermi近似方法中,核子密度分布函数被限定为具有固定的形式,系统表面效应大小的体现也需要参数的调节。为了探讨参数化Thomas-Fermi近似所假设的分布函数以及表面效应参数是否合理,我们采用自洽Thomas-Fermi近似方法研究了非均匀物质相的性质,并将其结果与参数化Thomas-Fermi方法的结果进行了比较,从而对参数化方法进行检验并给出改进方案。另一方面,有限核的对称能性质是非常重要的物理量,自洽Thomas-Fermi近似是研究有限核对称能性质非常有效的方法,我们采用自洽Thomas-Fermi近似方法对有限核的对称能等性质随温度的变化进行了研究。  第一,我们采用自洽Thomas-Fermi近似方法研究了非均匀核物质的性质。在相对论平均场理论框架下研究非均匀核物质,自洽Thomas-Fermi近似是一种有效的方法。我们假设非均匀核物质是由原子核及核外中子气和质子气构成。在温度T,质子分支比Yp,以及重子密度ρB确定的情况下,通过改变Wigner-Seitz原胞半径,对系统的每重子自由能进行最小化,从而得到热力学稳定态,原胞内的重子分布也可以自洽得到。对于核相互作用,我们选取了TM1参数组的相对论平均场模型。由自洽Thomas-Fermi近似方法得到的结果可以与之前采用参数化Thomas-Fermi近似方法得到的结果进行比较,从而检验参数化方法的合理性。  第二,我们采用自洽Thomas-Fermi近似方法对热核的性质进行了研究。由于在有限温度情况下核外存在核子气,我们需要引入减除法来使原子核与核外的核子气分离,以得到其对称能和其它物理量的性质。我们假设平均场的运动方程存在两组解,一组称为液气共存相,另一组称为气相。原子核的密度分布可以由这两相相减得出。我们发现有限核的对称能系数显著受到库仑极化效应的影响。同时我们还检验了相关物理量对核相互作用的依赖,将相对论Thomas-Fermi近似所得到的结果与非相对论Thomas-Fermi近似的结果进行了比较。  在本文的最后部分,我们还研究和讨论了α粒子对核物质状态方程的影响。在低密度区域,核物质会形成轻核如氘核、α粒子等,以使系统的自由能降低。在考虑加入α粒子的影响时,需要拓展自洽Thomas-Fermi近似方法,加入玻色子的分布函数以及α粒子束缚能对温度和密度的依赖关系。在均匀物质相的计算中我们得到了和参数化的Thomas-Fermi近似方法相符合的结果,而对非均匀物质相则需要做进一步的研究和计算。
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