基于两步模型研究超重核形成机制

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超重核的性质及其合成方法是核物理研究的重要领域。近些年来,随着实验设备的不断完善和各种理论模型的不断发展,人们在合成超重核的研究上取得了非常大的进展。随着最近俄罗斯的Dubna宣布合成117号元素,元素周期表上从1到118号的元素,都已经被发现或者人工合成。超重核的合成是个非常复杂的动力学过程,无论是关于核力还是对于反应的机制都不是非常清楚,完全熔合与准裂变之间存在相互竞争,动力学形状的演化,弹-靶间核子的转移和输运、量子耗散和涨落以及壳效应等多方面的因素相互交织,共同作用。从理论上为实验准确预言合成超重核的最佳弹-靶组合以及最佳入射能量就显得特别重要。为了达到超重岛中心位置,基于目前超重核合成在实验上面临的困难,需要寻找超重核合成的新途径。而从理论上首先探索合成超重核的新途径和新机制可能是比较好的出路。本论文首先对基本核反应理论及重核反应理论作了简单的历史回顾和介绍,然后分别考查了目前世界上各个国家的物理学家在实验和理论两方面对超重核反应的研究近况,并对之分别作了较详细的介绍,列举了实验上的一些成果及在超重核研究领域比较流行的模型。接着我们讨论了本工作计算所使用的两步模型,介绍了两步模型的基本思想以及相应的对模型的具体描述,并以两步模型为基础,对模型进行了局部的修改,使之能用于对准裂变过程的研究,并以具体的计算例子分析了我们的模型在准裂变研究中的特征,然后我们用改好的模型分别计算统计了不同能量下由238U诱导的多组熔合反应过程中准裂变质量碎片的分布规律,并与实验结果比较,详细分析了它们的异同。结果显示,准裂变过程可以发生在任何角动量大小的情况,在反应能量较低时,准裂变主要来自角动量较小的反应,角动量大的体系根本不能形成双核,而导致准裂变分布变宽的原因是质量非对称度的减小;在能量较高的情况下,碎片的主要来源是角动量处于中间部分的反应体系,具体上下限则跟反应能量有关。此种情况下,准裂变分布变宽,不仅与质量非对称参数有关,还与角动量大小有关。我们还计算了30Si+238U反应的准裂变碎片分布情况,并且与实验数据进行了分析比较。结果表明,壳效应起着重要作用,在激发能较高的情况下,壳效应小,计算结果与实验符合得很好;在激发能较低时,壳效应明显,计算与实验在分布形状上有一定的差别。所以在低激发能时,两步模型中的双中心液滴能应该考虑原子核结构的影响。本论文还研究了用48Ca合成Z=119,120以及用50Ti合成Z=117-120的可能性。我们选用了稳定的寿命较长的双幻核48Ca作弹核,应用两步模型计算了合成119、120元素的反应48Ca+252Es、48Ca+252Es的剩余截面,计算结果表明48Ca轰击252Es形成超重核-核子数Z=119在蒸发3个中子后的剩余截面最大,约为0.2pb,对应复合核激发能为32MeV。48Ca轰击254Es形成超重核——核子数Z=119——在蒸发4个中子后的剩余截面最大,为0.2pb,对应复合核激发能为38MeV。48Ca轰击257Fm形成超重核——核子数Z=120——在蒸发4个中子后的剩余截面最大,为0.1pb,对应复合核激发能为36MeV。我们还选用中子幻数核50Ti计算了50Ti+241,243Am,50Ti+242-247Cm合成117、118元素,计算结果表明,50Ti+241,243Am反应体系,蒸发3个中子后的剩余截面较大,在0.02pb左右,对应复合核激发能在32MeV左右。50Ti+242-247Cm反应体系,也是蒸发3个中子后的剩余截面较大,最大为0.02pb左右,对应复合核激发能在32MeV左右。我们也计算了50Ti+247,249Bk,50Ti+249-252Cf生成119,120元素的反应的剩余截面,蒸发3个中子后的剩余截面较大,分别在0.04pb和0.01pb左右,对应复合核激发能在32MeV左右。
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