奇异结构原子核的巨偶极共振性质研究
本文关键词：奇异结构原子核的巨偶极共振性质研究
【摘要】：实验发现原子核具有团簇结构和晕结构等奇异性质。这些奇异结构原子核的性质深刻地影响着人们对于原子核的认知。奇异结构原子核的性质是目前核物理领域研究的重点和热点。尽管如此,原子核的奇异结构仍然存在很多未知性质困惑着科研人员。原子核的团簇结构仍然很难在实验上直接观测。诸多团簇态的具体性质还没有搞清楚。人们仍然在实验室不断地寻找更重的晕核结构。与此同时人们不断地发展各种原子核多体理论,用来更准确地描述和预言原子核的奇异结构性质。原子核的巨偶极共振现象是原子核中普遍存在的一种集体运动模式,这种集体运动必然包含重要的原子核性质信息。由于原子核的巨偶极共振存在于多种核反应中,比如库仑激发,光核反应,核核反应等过程,使得巨偶极共振性质在实验室中能够比较容易地被测量和分析。巨偶极共振能谱是研究和分析原子核性质的重要工具。本文基于线性响应理论推导了扩展的量子分子动力学模型(EQMD)框架下计算巨偶极共振截面的公式,给出了考虑轻核巨偶极共振与激发能之间的非线性依赖性质的方法,保证了巨偶极共振能谱的计算可靠性。基于EQMD模型我们详细地研究了奇异结构原子核的巨偶极共振性质,得出了重要的结论,提出了通过巨偶极共振能谱研究和分析原子核奇异结构的新方法。对于原子核的不同团簇态,我们提出了特征谱的概念,为实验上测量和确定团簇态的具体结构提供了明确的方法。对于原子核的晕结构,我们提出了通过巨偶极共振能谱分析晕核核芯性质的方法。12C基态巨偶极共振能谱的计算结果和实验值的比较,表明12C的基态具有无团簇态和三角形的3-α团簇态的共存现象。16O基态巨偶极共振能谱的计算结果和实验值的比较,表明16O基态具有正四面体形状的4-α团簇态性质。在原子核分解为自由α的位垒附近(7.06A MeV),初始化得到了8Be的双α结构、12C的3-α长链结构、12C的3-α三角形结构、16O的4-α长链结构、16O的4-α风筝形结构、以及16O的4-α方形结构。不同的团簇态的巨偶极共振能谱表现出显著的特征峰结构。其中在31MeV处的共振峰对应于团簇态最短的对称轴方向上α团簇自由度,这个能量峰可以作为实验中测量α团簇结构存在的探针。巨偶极共振的最低能量峰可以用来确定团簇态的最长对称轴对应的核物质分布性质。中间能量的峰结构可以用来分辨团簇态的子结构以及具体的几何构型。通过分析团簇态的每个α的振荡模式,给出了团簇结构之间的振荡相位关系和耦合规律,解释了团簇态特征谱形成的机制。在EQMD模型框架下初始化得到合理的晕核结构的比率和晕核结构的稳定性成正比。晕核初始化相空间的合理性可以通过核物质径向密度分布、结合能、价核子的分离能等性质判断。价核子波包宽度的展宽和核芯的形变大小是价核子是否处在束缚态的决定性因素。19C的核芯具有球形的结构,而22C核芯具有较大的长椭球形变。核芯的形变结构使巨偶极共振能谱发生劈裂,这种现象可以用来研究晕核的核芯性质。晕核价核子的束缚能是否合理决定了矮共振能谱计算结果的准确性。由于晕核初始化的困难,晕核研究的相空间样本还不够充分。晕核的诸多性质还需要进一步的系统研究和分析。
【关键词】：奇异结构 团簇 晕核 EQMD 巨共振
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（上海应用物理研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O571.2
【目录】：
- 致谢5-7
- 摘要7-9
- Abstract9-19
- 第一章 原子核奇异结构19-35
- 1.1 原子核的团簇结构21-30
- 1.1.1 团簇结构的基本性质23-26
- 1.1.2 原子核内团簇结构存在的证据26-28
- 1.1.3 原子核团簇态研究的相关理论及模型28-29
- 1.1.4 ~(12)C的Hoyle态29-30
- 1.2 原子核的晕结构30-35
- 1.2.1 晕核的发现和基本性质30-32
- 1.2.2 晕核密度提取与Glauber模型32-33
- 1.2.3 晕核研究的实验方法33-35
- 第二章 核多体理论与EQMD模型35-53
- 2.1 核多体理论35-39
- 2.1.1 原子核壳结构模型35-37
- 2.1.2 Hartree-Fock方法37-39
- 2.2 EQMD模型39-53
- 2.2.1 核子多体系统的波函数39-40
- 2.2.2 运动方程及零点质心动能的扣除40-42
- 2.2.3 有效相互作用势及两体碰撞42-45
- 2.2.4 摩擦冷却方法45-46
- 2.2.5 模型可靠性检验46-53
- 第三章 原子核集体激发性质与计算方法53-73
- 3.1 巨共振模式54-58
- 3.1.1 巨偶极共振54-57
- 3.1.2 巨共振的其它振荡模式57-58
- 3.1.3 巨共振的微观解释58
- 3.2 同位旋依赖的巨偶极共振计算方法58-65
- 3.2.1 巨偶极共振计算方法一：电偶极子振荡的光子辐射59-61
- 3.2.2 巨偶极共振计算方法二：响应函数方法61-65
- 3.3 系统响应的非线性性质考虑65-67
- 3.4 原子核集体激发的对称能依赖性67-73
- 第四章 团簇结构及其集体激发性质73-95
- 4.1 EQMD模型中的轻原子核团簇态73-77
- 4.2 基态~(12)C和~(16)O的巨偶极共振性质77-79
- 4.3 团簇态原子核的巨偶极共振性质79-88
- 4.3.1 ~8Be巨偶极共振性质80-81
- 4.3.2 ~(12)C巨偶极共振性质81-84
- 4.3.3 ~(16)O巨偶极共振性质84-88
- 4.4 团簇态巨偶极共振特征谱与超形变引起的能谱劈裂的对比88-91
- 4.4.1 原子核的二极形变参数89-90
- 4.4.2 形变核的巨偶极共振性质90-91
- 4.5 核核碰撞过程的巨偶极共振以及团簇结构信号91-95
- 第五章 晕核结构及其集体激发性质95-107
- 5.1 EQMD模型中的晕结构核95-101
- 5.1.1 初始化冷却过程中晕核基态的产生比率95-97
- 5.1.2 EQMD模型中晕结构核的静态性质97-101
- 5.2 ~(19)C的集体激发性质101-104
- 5.2.1 ~(19)C的巨偶极共振102
- 5.2.2 ~(19)C的矮偶极共振102-104
- 5.3 集体激发能谱在晕核核芯性质研究中的应用104-107
- 第六章 总结与展望107-111
- 6.1 总结107-109
- 6.2 展望109-111
- 附录A 物理常数表111-113
- 参考文献113-121
- 发表论文和学术报告清单121
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