对奇异核中能级倒转和晕结构的理论研究

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近年来,晕核现象引起了人们的广泛关注。晕态通常被描绘为围绕在核芯周围的一层稀薄的核物质遮盖物。迄今为止,在许多轻奇异核中都发现了晕结构。尽管人们对晕现象进行了广泛地研究,但是人们并未完全理解晕现象的本质,晕态形成的充要条件也仍是悬而未决的问题。另外,许多实验证据表明,在滴线附近,许多核的能级次序都有异于传统的核能级次序。有些核的能级次序的改变与晕态的形成有关,晕态的形成使某些弱束缚核子的低角动量轨道降低。这些反常的核性质的发现对传统的核结构物理提出了挑战。为了解释这些反常的核现象,人们还需要进行更全面细致的理论研究。本文便关注于上述的两个热门问题,即传统能级次序的改变和晕态的形成。围绕这两个问题,本文在单粒子势模型的框架下对一些核的基态性质作了系统的理论计算和研究。本文的工作主要由两部分组成。   第一部分系统地研究了N=7-9同中子素链(Z=4-8)的性质。选N=7-9同中子素链为研究对象的原因是:许多实验证据表明在这些核中存在能级次序的倒转和晕态。鉴于传统的单粒子势模型计算的局限性,为了统一地描述所有这些核的能级结构,我们进行了两种尝试。首先,通过在伍兹-萨克逊势阱中引入同位旋相关项,我们考虑了同位旋效应对核平均势的影响。加入该同位旋修正项后,理论计算较好地描述了N=8和N=9同中子素链的能级结构,尤其是理论计算再现了N=9同中子素链中s-d能级的倒转和一些单中子晕态。这些理论结果与实验事实比较符合。但是,该方法并不能同时合理地描述N=7同中子素链的能级结构。因此,我们进行了第二种尝试,即在平均势中新引入一个l2耦合项。运用该修正后的单粒子势模型,我们计算了N=7-9同中子素链及其镜像核的能级值和均方根半径。该模型能统一地描述这些核的能级结构。理论结果能同时给出中子能级和质子能级的s-d和s-p能级倒转。同时,计算结果还显示,在丰中子Be核、B核和C核中存在单中子晕。对于缺中子核,在17F的1/2+第一激发态中存在质子晕。所有这些理论结果都与已知的实验事实符合。我们的研究表明,对于远离稳定线的轻核,同位旋效应是其核平均势改变的重要因素。我们的研究也表明轻奇异核的反常性质可能是由于l2耦合引起的。   第二部分探索了中等质量核的价中子分布的标度规律。标度规律的概念首先是由Jensen等人提出的,其表示价核子的半径和束缚能之间的关系。我们的研究目的是:探索中等质量核的价中子分布的标度规律,并抽取形成中子晕的定量条件。该研究主要分三步进行。首先,我们计算了一些核(直到N=3壳层的核)的价中子分布的均方根半径以及价中子处于相互作用势范围外的几率值。数值结果显示在许多核中存在2s和lp中子晕态。特别是,计算结果表明在47S中存在2p3/2中子晕态。接下来,我们根据计算的数值结果分别拟合出2Sl/2、Lp3/2、lpl/2、2p3/2、2pl/2、ld5/2和ld3/2价中子态的标度规律。结果表明,当价中子处于不同的轨道角动量态时,得到的标度规律差别较大。同时,总角动量量子数j和径向量子数n对标度规律也有影响。最后,依据Jensen等人给出的晕核判断标准:晕核的价核子有大于50%的几率处于相互作用势范围之外,我们推导出了中子晕形成的定量条件。结果显示:原子核形成2sl/2中子晕态的可能性较大,在l=2态中也存在形成中子晕的可能性。本文推导出的中子晕形成的定量条件为探寻未知的中子晕核提供了参考。
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