采用量子分子动力学模型研究低能核融合反应的动力学机制

来源 :中国原子能科学研究院 | 被引量 : 1次 | 上传用户:xwy_pk
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本文将量子分子动力学模型推广到重离子融合反应,对模型本身进行了一系列改进和发展。首先,对模型本身进行了很多检验工作,主要集中在相空间占有数约束、表面能项和ρτ修正项以及对称能项的引入,经过这些细致的检验工作得到的结论是:经采用相空间占有数约束后,提高了体系的稳定性。经引入了表面能项和ρτ修正项后,进一步改善了体系的密度分布与内部核子的动量分布。对称能项考虑了同位旋效应,改善了中子与质子的密度与动量分布,增强了丰中子核反应过程中的中子流效应。通过上述改进,初态核(特别是丰中子核)的稳定性得到了很大的提高,稳定时间可以维持在相当长的时间(达1000fm/c,甚至更长的时间)。 在量子分子动力学模型的基础上,认真研究了融合反应的机制,特别是丰中子融合反应机制,研究以四个反应40,48Ca+90,96Zr为例进行。首先,抽取出结合能和方均根半径与实验值符合,并能在2000fm/c时间内保持稳定的初始核。然后在动力学模型中,模拟了四个反应体系在近垒及垒上多个入射能量和多个碰撞参数下的融合过程。其融合事件的判断条件是:两核质心距离小于大核的半径之后,再演化500fm/c(即相对于体系转动一周或振动几个周期),使两核质心重合,若过程中出射核子数少于或等于6个,则称此事件为融合事件。这样算出融合反应的融合截面,得到四种反应的激发曲线与实验值符合很好。发现丰中子核反应40Ca+96Zr的垒下融合截面与非丰中子反应40Ca+90Zr相比明显增强,这是由于过剩中子的存在,加速了颈部的形成,从而使融合的实际位垒(动力学位垒)明显下降,导致垒下融合截面增强。但对于丰中子核48Ca参与的融合反应48Ca+90,96Zr并没有观察到像丰中子反应40Ca+96Zr一样的垒下融合截面的增强。为了弄清楚其中的原因,进一步研究了在以上四个反应中存在的丰中子效应和壳结构效应对融合过程的影响。从动力学角度而言,丰中子造成的中子流有利于颈部的形成,从而导致真实位垒的下降,有利于融合。 接着,进一步分析了在四个反应中核子转移,发现只有反应40Ca+96Zr中中子由96Zr向40Ca转移几率最占优,这是由反应的Q值决定的,因为只有在反应40Ca+96Zr中由Zr向Ca转移中子的Q值为正值,而在其它三个反应中Q值为负值。众所周知,中子转移反应的Q值是与相应弹靶的结构密切相关的。所以,通过以上分析说明丰中子融合反应的融合截面增强与否是由丰中子程度和弹靶的结构共同决定的。 在量子分子动力学模型的基础上,初步尝试了研究融合过程中大振幅集体运动的性质。从微观的密度分布出发,求出核体系的等密度面,从而定出核的拉长坐标、颈部坐标以及弹靶的变形坐标等描述宏观运动的形变参量。重点研究了颈部坐标变化的动力学行为以及核体系平均单粒子势在融合过程中的变化,并初步计算了相对拉长运动的质量参数。这些研究对从微观上研究原子核的大振幅运动是非常有意义的。
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