用结团模型研究Be同位素的结构和性质

发布时间：2020-06-16 03:08

【摘要】：在核物理中,为了研究原子核的结构和性质,人们发展了大量的理论模型,例如原子核的液滴模型、费米气体模型以及壳模型等。其中原子核的结团模型在描述核子的运动方面具有独特优势,对于原子核结构和性质的理解具有重要的意义。但是,一直以来,对于结团模型的研究和应用相对较少。近年来,随着原子核结团结构的一系列性质的发现,原子核的结团模型重新成为核物理研究领域中的一个热点。基于结团非局域化运动性质的Tohsaki-Horiuchi-Schuck-Ropke(THSR)波函数很好地描述nα原子核中的α-结团结构,是目前最成功的结团模型之一[A.Tohsakietal.,Phys.Rev.Lett.87,192501(2001)]。然而,在原子核物理中,N≠Z的原子核更为普遍,且具有更加丰富的物理性质。因此,我们发展了一系列方法,将THSR波函数拓展应用到了 N≠Z原子核之中。在本文中,我们首先将非局域化结团模型及其相应的THSR波函数拓展到了N= Z+1原子核9Be之中。在Brink波函数的基础上,我们建立了一个同时包含α-结团和额外中子的拓展THSR波函数。与经典的nα原子核的THSR波函数不同,拓展THSR波函数中引入了相因子eimφR,从而使其拥有内禀负宇称。因此,这一波函数可以很方便地被应用到9Be原子核的负宇称基态及其转动带的研究之中。我们计算了 9Be原子核3/2-基态及其转动带,其束缚能计算结果与Brink+GCM(Generating Coordinate Method)方法以及分子轨道模型的计算结果符合得很好。对于激发能的计算也与实验值完全相符。各能级中拓展THSR波函数与Brink+GCM波函数的交叠积分的平方值约为96%,这说明THSR波函数能够很好地描述9Be原子核的3/2-基态及其转动带。我们还计算了 9Be原子核基态的方均根半径,其结果也同实验值符合的很好。通过计算9Be原子核基态中核子的密度分布,我们还发现THSR波函数在没有预先假设任何分子轨道的前提下重现了 9Be原子核基态的π-轨道结构。这一结果充分支持了非局域化结团模型以及THSR波函数在N = Z + 1原子核中的拓展,并且显示了 THSR波函数在描述不同原子核结构中的灵活性和巨大潜力。我们的计算和分析表明,原子核中结团和核子间的几何结构可以完全由动力学因素来确定,这是原子核的结团模型中一个比较新的观点。通过将N= Z + 2原子核10Be的两个额外中子放置在一个单独的容器之中,我们在THSR波函数中引入了额外中子的关联。这一关联THSR波函数能够同时描述10Be原子核中额外中子的独立运动、成对运动以及中间过渡情况。我们利用关联波函数研究了 10Be原子核的0+基态以及一个0+激发态的性质和结构。在10Be原子核的0+基态及其转动带的计算中,我们得到了与实验值相符的系统束缚能,各激发态的激发能也同实验值符合的很好。通过令额外相因子中参数m = 0,我们还计算了 10Be原子核的0+激发态的束缚能,其结果比较接近于实验观测到的02+激发态。我们通过对比独立额外中子近似下的THSR波函数以及关联THSR波函数的计算结果证明,在基态中,考虑额外两个中子间的关联能够更好的描述10Be原子核。我们还计算了了 10Be原子核的0+基态以及0+激发态在关联THSR波函数的参数空间中的能量曲面。对计算结果的分析显示,在基态中额外核子间存在着较弱的关联。而在10Be原子核的0+激发态中,额外中子处于s态,此时中子对关联扮演了非常重要的角色。这些计算显示,基于非局域化概念和容器模型,关联THSR波函数可以很自然地同时描述10Be原子核中的α结团以及额外的两个中子,并为我们提供了一个新的关于原子核中额外成对核子的物理图像。在原子核物理中,三体模型对于原子核的性质和结构的研究也有着重要的意义。在本文中,我们还利用量子蒙特卡罗方法(Quantum Monte Carlo Method)来研究了丰中子原子核及奇异库仑系统中的三体模型。在这些三体计算中,我们考虑了系统的所有自由度,如中心原子核以及其它较重粒子的运动等。对于奇异库仑三体系统的计算说明,即使选取简单的试探波函数形式,格林函数蒙特卡罗方法仍然能够给出非常接近于实验值的计算结果。通过对于丰中子原子核三体模型的计算,我们发现格林函数蒙特卡罗方法可以很好的给出丰中子原子核的双中子束缚能以及方均根半径,其计算结果与实验值相一致。通过上述9Be、10Be、11Li等原子核的计算,我们获得了这些原子核的多种物理性质,并研究了原子核中的结团结构和三体结构。特别是其中对于Be同位素结团结构的研究,成功拓展了 THSR波函数的应用范围,并且给出了原子核结团模型中的一些新的观点。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O571
【图文】：

密度分布,原子核,蒙特卡罗方法计算,量子

事实上原子核中的核子还可以动态地相互聚集或者解散［５］。例如，逡逑Ｗｉｒｉｎｇａ等利用量子蒙特卡罗方法对８Ｂｅ原子核进行了计算，发现该原子核中的逡逑核子在基态中会形成两个ａ－结团，如图１－１所示［４】。另一个例子来自于三体结逡逑构，例如６Ｈｅ原子核。其中心部分处于ｐ轨道的４个核子结合非常紧密，形成逡逑了一个ｔｒ－核心，而处于Ｐ－轨道的两个核子与中心部分结合较为松散。逡逑考虑到这一原子核内核子分布的不均匀性，一个自然的选择就是基于核子逡逑结团的少体模型或者基于中心核心加若干核子的少体模型。在不同的少体模型逡逑中，少体系统的组成部分可以包括结合较为紧密的原子核中心核心、ａ－结团、逡逑

能级图,结团,原子核,幻数

缚的结团结构通常情况下并不会出现在原子核的基态之中。只有在结团阈值附近的激发态逡逑中，原子核的结团现象才比较容易被观察到。本图取自参考文献１１５】。逡逑图１－４是形变谐振子在不同形变下的能级图。在轨道能级的交叉处的圆圈内逡逑标有该壳层的幻数。在形变为零，即球对称的情况下，我们可以看到圆圈内的逡逑数字就是经典的原子核壳模型的幻数。而当形变为２：１或者３：１的情况下，原逡逑本简并的能级不再简并。因此，壳模型幻数不再存在，而是出现了一系列新的逡逑幻数。这些新的形变下幻数能够用于解释原子核结团的存在。如当形变为２：１逡逑的时候，２ＧＮｅ原子核中的质子数和中子数刚好填满最低的三个幻数分别为２、２逡逑和６能级。其中第一个数字２代表了一个ａ－结团中的质子数和中子数。后两个逡逑数字２邋＋邋６邋＝邋８则对应着一个１６０结团中的质子数和中子数。因此这个形变谐振逡逑子框架预言了邋２ｔ）Ｎｅ原子核的ａ＋１６０的结团结构。类似的，其它形变原子核的逡逑结团结构也能够用这个框架给出。表１－１中列举了不同形变条件下的谐振子能逡逑级幻数和原子核的结团结构。其中还包括了著名的２４Ｍｇ＋２４Ｍｇ的共振态。逡逑Ｉ逡逑

【参考文献】