基于重离子输运理论对超重核合成及非对称核物质状态方程的研究

本论文基于重离子输运理论模型对当前人们感兴趣的超重核合成及非对称核物质状态方程做了研究。基于双核系统概念建立了一个描述超重核合成的理论模型。这个模型中通过求解Fokker-Planck方程来描述重离子碰撞过程的能量、角动量以及形变等的弛豫过程，从而合理地包含了重离子熔合过程中的动力学效应。在求解弹靶的质量扩散时采用了数值求解主方程的方法，避免对势能面做任何近似，因此能够充分地体现重离子熔合过程中弹靶的结构效应。本文利用这一模型计算了重离子熔合形成超重元素的最佳激发能、熔合几率、复合核的存活几率以及蒸发剩余核截面等，并给出了合成超重核的最佳弹靶组合。计算了超重核形成的最佳激发能，在符合已有最佳激发能实验数据的基础上预言了基于冷熔合反应合成114，116和118号元素的最佳激发能。计算了重离子熔合反应的熔合几率。结果表明，随着反应系统变得越来越重，重离子的熔合几率呈指数规律下降，准裂变变得越来越严重。这解释了实验上观测到的超重剩余核截面随体系的变重而急剧下降的现象。研究了重离子熔合截面的弹靶相关性。结果表明弹靶的质量非对称度越高越有利于熔合生成复合核，同时重离子熔合截面还强烈地依赖于弹靶结构。重离子的熔合过程是合成超重元素的关键因素之一，另一个影响超重核合成的因素是超重复合核的存活几率。基于统计模型，系统的研究了超重复合核存活几率的质量、能量、角动量等相关性。计算了基于冷熔合反应的蒸发剩余截面，得到的结果与实验基本符合，并预言了基于冷熔合反应生成114，116和115号元素的截面。在研究超重核蒸发剩余截面的弹靶相关性的基础上给出了合成超重核的最佳弹靶组合。计算表明，在挑选弹靶组合时使得合成的超重复合核是奇A核则会得到更高的奇数中子蒸发剩余核截面。计算给出了超重复合核的自旋布居及其对裂变位垒和鞍点态形变的依赖性。发现超重复合核的自旋布居强烈地依赖于复合核的裂变位垒，高的裂变位垒会给出宽的自旋布居；而超重复合核的自旋布居对鞍点态形变不是很敏感。另外研究了多核子转移反应合成超重元素的可能性。结果表明基于多核子转移反应合成大于108号的元素是很困难的。非对称核物质状态方程由于其对天体物理及理解奇异核结构的重要性，因此是人们长期以来一直感兴趣的研究内容，然而直到现在人们对核物质状态方程特别是高密核物质和非对称核物质状态状态方程仍了解甚少。基于Skyrme-Hartree-Fock理论以及同位旋相关的量子分子动力学（IQMD）模型研究了非对称核物质的化学不稳定性，结果表明非对称核物质可以发生化学不稳定性，且化学不稳定性发生的条件依赖于单粒子势能的密度相关形式。同时计算表明化学不稳定性是可以发生在真实的重离子碰撞过程中的，且在入射能量较高时化学不稳定性会消失。另外首次研究了高密核物质的化学不稳定性及其发生的条件。由于实验室很难达到很高密度的核物质，而中子星是由致密的极丰中子物质组成，因此提供了研究高密非对称核物质的自然实验室。基于Skyrme-Hartree-Fock理论研究了两种典型的非对称核物质状态方程（软对称势和硬对称势）对中子星中质子百分比的影响。另外研究了热中子星中质子百分比的温度相关性，发现热中子星中质子百分比随温度的升高而减小。基于IQMD模型研究了同位旋相分化现象的产生机制。通过与MSU的实验数据比较指出核物质应该有软的对称势。研究了重离子碰撞过程中的径向流现象，及其同位旋效应。计算了径向流产生的能量闭，并给出了实验上利用径向流产生的能量闭来提取非对称核物质状态方程的方法。