有限核多重碎裂中的同位旋效应和液气相变

本论文介绍了原子核多重碎裂中的同位旋效应、液气相变研究的意义和现状以及当前常用的几种描述原子核液气相变的理论模型，基于同位旋相关的量子分子动力学(IQMD)模型和唯象静态模型，系统研究了有限核多重碎裂中的同位旋效应和液气相变。利用非对称核物质状态方程、IQMD模型和静态模型，研究了有限核112Sn和132Sn多重碎裂的同位旋效应以及它们对温度的依赖性。给出了在一定温度下不同密度对产生中等质量碎片和平均自由中子数/平均自由质子数的影响，发现温度较低时(5MeV)，低密区(0.01-0.04fm-3)对中等质量碎片产生的贡献大。随着温度的升高(10MeV,15MeV)，高密区域(>0.04fm-3)对中等质量碎片的产生的贡献增加。不论是在低密度区(0.01-0.04fm-3)或是在较高密度区(>0.04fm-3),如果考察自由的中子与质子的比例，则可以看出，它们与系统的同位旋有密切的关系，即在同位旋大的系统中自由中子/自由质子的比值要大于同位旋小的系统中的比值。为了寻找出核多重碎裂的临界行为信号，分析了条件矩、折合矩和组合矩及提取临界指数。采用唯象的同位旋非对称核物质状态方程和静态模型来研究热核液-气相变的临界行为，通过对核碎片的条件矩、折合矩和组合矩分析，指出了中高能重离子碰撞中形成的高温高密核在膨胀阶段存在明显的临界现象。寻找出了临界行为的信号，发现通过Zmax与S2在自然对数的对数坐标下的等高图，可以做为核发生临界现象的信号，这种现象对较重的体系会更加明显。通过线性拟合提取了临界指数，并跟其它模型提取的进行了对比，结果表明与在3D Percolation系统、Fluid系统、Au+C Fragmentation系统提取的临界指数是一致的

基于双核模型对合成超重元素反应机制的研究

超重元素的合成是当前原子核物理研究的前沿领域之一。现有的兰州重离子加速器系统为我们提供了在实验上进行超重核研究的可能性。本论文就是为配合在兰州重离子加速器国家实验室开展这方面的物理工作而进行的理论研究。主要内容包括： （1） 我们分别采用数值和解析的办法计算了重离子碰撞过程中核作用势与库仑能，对双核模型中的粒子势能面进行了比较。 （2） 在模型的框架内，考虑了熔合与准裂变的竞争，对描述质量输运过程的主方程进行数值求解。求解是时间相关的，与径向动能、角动量以及形变的弛豫过程相耦合。 （3） 在双核模型基础上引入了Kramers 公式，计算了准裂变碎片的质量分布，得到了与实验符合的结果。提取出了碎片质量分布随时间的演化关系，为理解熔合与准裂变竞争过程提供了非常有用的信息。 （4）用统计模型对带有激发能的复合核的存活概率进行了研究。计算了合成超重元素的蒸发剩余截面，得到与实验符合很好的结果。 （5） 计算了核对称轴不同相对取向时的熔合位垒以及核对称轴不同相对取向对熔合概率的影响。结果表明不同的相对取向对熔合反应的影响较大，并发现弹靶碰撞为腰对腰时，更有利于发生熔合反应

近垒重离子熔合反应和超重核合成机制研究

本论文在同位旋相关的量子分子动力学(IQMD)模型基础上，对相互作用势、核子的费米子属性和两体碰撞做了系统改进，同时考虑原子核的壳效应，发展成为改进的同位旋相关的量子分子动力学(ImIQMD)模型。ImIQMD模型能够很好地描述大量核的基态性质，如结合能、均方根半径、密度分布、动量分布等，并使得基态核的稳定性有了很大提高。基于ImIQMD模型我们系统计算了一系列反应系统的熔合激发函数，并能够与已知实验数据相当好地符合，包括丰中子系统和幻数核系统；分析了各种动力学因素在熔合过程中的作用，发现动力学位垒、位垒分布、颈部动力学行为(颈部的成长，颈部中质比、颈部核子流)等对入射能量和系统的质量不对称度有着密切的依赖关系，分析了垒下熔合区域中壳效应的影响。运用ImIQMD模型，对重系统的俘获动力学过程做了分析，包括俘获截面、动力学位垒、颈部动力学行为等。基于双核系统概念，对熔合－蒸发反应合成超重核形成过程中的俘获、熔合和蒸发三个阶段分别采用了半经验耦合道模型、数值求解主方程(考虑了双核系统的衰变和重碎片的裂变)和统计蒸发理论做了描述，即为双核系统(DNS)模型。基于该模型对超重核的形成机制做了系统研究，并预言了进一步合成超重核最佳的弹靶组合和入射能量

寻找质子滴线核25P、26S

原子核的滴线是指原子核沿同位旋自由度从束缚态核变为非束缚态核的边界，也是原子核存在的极限。质子滴线是在缺中子方向的边界，中子滴线是在丰中子方向的边界。到目前为止，S 同位素的质子滴线核被认为是27S，P 同位素的质子滴线核是26P，虽然有实验发现了25P，但是还没有被重复，需要进一步的确认。而理论模型计算表明束缚态的26S 和25P 是存在的，因此寻找25P、26S 一直是一个很有意义的课题，如果能够确认25P 和26S 的存在与否，不仅可以检验相关理论模型的正确性，确认原子核在同位旋自由度上的存在极限，帮助人们对核力的进一步深入认识，而且对于天体物理，宇宙演化及元素的形成等都有着重要的科学意义。本论文介绍了2008 年6 月在兰州放射性束流线(RIBLL)上进行的专对25P、26S存在与否寻找的实验，并分析了实验数据。实验使用80.387MeV/u32S 初级束轰击9Be 初级靶，经过RIBLL 对次级束产物进行了分离以后，利用Bρ+ΔE+ER+TOF 联合鉴别的方法对次级束产物了鉴别。重离子在CsI 探测器中沉积能量与光输出响应之间满足一定的经验公式，本文利用RIBLL 上的次级束产物刻度了粒子在CsI(Tl)探测器中的能量沉积与光输出响应的光输出曲线，通过一组刻度数据可以确定核素在CsI 探测器中光输出响应道数，发现粒子在CsI(Tl) 探测器中信号的ADC 读出与CsI(Tl)探测器的光输出(QDC 读出)具有很好的线性关系。论文最后比较了实验统计数据与EPAX 经验公式计算结果，并利用计算结果与实验数据分析结果估算了25P、26S 的半衰期上限

缺中子奇质量数Au核高自旋态能级结构研究

利用能量为164-180MeV的35Cl束流，通过重离子核反应149Sm(35Cl,5n) 研究了179Au的高自旋态能级结构。实验进行了γ射线的激发函数、X-γ和γ-γ-t符合测量。基于实验测量结果，首次建立了179Au的1/2[660](πi13/2)转动带。结合已有的实验数据，着重讨论了奇-A Au核中1/2[660](πi13/2) 转动带的形变和带头激发能随中子数的变化。用能量为140MeV的29Si束流轰击159Tb金属靶，布居了183Au核的高自旋态。实验中要求至少有3个高纯锗和2个BGO探测器同时点火，在此符合条件下，记录高纯锗探测器探测到的γ射线的能量和相对时间、BGO探测到的γ射线的总能量和多重性。通过对实验数据的分析，扩展并更新了183Au的能级纲图。首次建立了183Au的πi13/2转动带的能量非优先带。分析并讨论了缺中子奇-A Au中πh9/2转动带的能量非优先带和πf7/2转动带间的相互作用

双奇核190Tl和146Tb高自旋态能级结构研究

本论文介绍了原子核高自旋态研究的一般概况及有关核模型，描述了在束γ谱实验的原理与技术、数据分析与处理方法，然后着重分析和讨论了双奇核190Tl和146Tb高自旋能级结构的特性。 利用能量为175和167MeV的35Cl束流，通过反应160Gd(35Cl,5n)研究了双奇形变核190Tl的高自旋能级结构。实验进行了γ射线的激发函数和各向异度、X-γ和γ-γ-t符合测量，建立了由πh9/2νi13/2扁椭球转动带和一个具有单粒子激发特征的级联组成的190Tl能级纲图。确定地指定了190Tl的转动带自旋值，首次发现了190Tl πh9/2νi13/2扁椭球转动带的低自旋旋称反转。基于双奇核Tl能级结构的相似性，重新指定了双奇核192-200Tl πh9/2νi13/2扁椭球转动带能级自旋值，澄清了二十多年来国际上一直没有解决的自旋值指定问题且在这些扁椭形变核中均出现了低自旋旋称反转。考虑了p-n剩余相互作用的2-准粒子—转子模型定性地解释πh9/2νi13/2扁椭球转动带出现的低自旋旋称反转现象。 利用118Sn(32S ,1p3n)反应研究了双奇球形核146Tb的高自旋态，建立了激发能达8.39 MeV的能级纲图，其中包括新发现的41条γ射线和新建立的27个能级，并指定了新发现能级的自旋值和部分能级的组态。146Tb81的低位激发态是二准粒子态，高位的激发态是四准粒子态，或二准粒子与偶偶核芯低位激发态的耦合，更高位的能级则是六准粒子态，甚至八准粒子态。利用经验壳模型对部分全顺排组态的激发能进行了理论计算

超重核合成机制—包含中子、质子跃迁的二维主方程

用双核模型研究超重核的合成机制，最主要的部分是由双核系统演化到复合核的熔合机制研究。双核模型认为超重复合核的形成是由弹核的核子全部转移到靶核所致。核子分中子和质子，在以前的研究中，描述熔合过程的主方程是一维的，以类弹核的质量数 为变量，与此对应的驱动势也是一维的。对确定的 ，其同位旋的确定是由较低的势能面确定的，这样确定的同位旋与反应系统的同位旋很接近。但是我们的研究发现，对入射道同位旋与复合系统同位旋相差较大的情况，入射道在双核系统势能面比较高的位置，有时甚至在最高位置，这时核子转移的同位旋路径比较复杂，以致一维主方程的描述给出错误的结果。为此，建立了以类弹碎片中子数 和质子数 为变量的二维主方程，并建立了二维主方程的分步差分的解法，完成了解二维主方程的程序编写。并对一些典型的弹核、靶核同位旋与复合系统同位旋相差较大的系统进行了研究。对这些反应道的研究表明，无论1D主方程对这些反应道的蒸发剩余截面的研究给出了过高、或过低的估计，2D主方程都能给出与实验值一致地结果。二维主方程适用于所有的弹靶组合入射道。对确定的超重核目标，可以较准确的对各种弹靶组合的合成几率给出预言，特别是研究合成超重核的同位素依赖性，因而极大增加了预言合成预期超重岛区域超重核的弹靶组合的选择性。本工作还检验了一维主方程的适用条件：入射点必须在比较接近二维驱动势谷底时才适用，这时一维主方程预言的蒸发剩余截面的结果与二维主方程的结果很接近

丰质子奇异轻核反应总截面测量

核反应总截面是表征原子核反应基本特征的一个基本量，从实验测得的核反应总截面中可以得到有关核反应、核结构和核内核子分布的信息。在由放射性束流所产生奇的结构与各种反应机制研究中，反应总截面的测量更是具有特殊的重要性，具有奇异晕核结构的核的一个典型的物理现象就是其反应总截面要比稳定核大很多，Tanihata等人最早就是通过对放射性束流的相互作用截面的测量发现了具有奇异结构的核，即中子晕核。这次实验结果得出的跟放射性奇异核性质等有关的一些有趣现象，为放射性束核物理的研究注入了新的活力。我们采用能量为80MeV/u的初级~(20)Ne束轰击3mm厚的初级Be靶，在RIBLL上测量了由初级靶上产生碎裂反应所得到的次级~(12)N, ~(17)F和~(17)Ne等质子滴线核在硅靶上的中能核反应总截面，从而进一步补充了现有的中能区奇异核反应总截面测量的空白，并对现有的数据进行了检验。由于~(12)N, ~(17)F和~(17)Ne都是有争议的可能具有奇异质子结构（质子晕或质子皮）的核，测量它们在中能区的核反应总截面，可以对上述说法的成立与否提供实验上的验证。在与相邻同位素核的反应截面测量结果的比较中，发现实验得出的这些奇异核的截面值都偏大，而且由相对论平均场（RMF）计算得到的它们的质子密度分布明显比中子分布松散的多，因此推断它们可能具有奇异质子分布结构。并且基于库仑修正后的微观Glauber模型的理论计算出这些奇异核反应截面的结果同我们得出的实验数据吻合得很好。为了更精确地进行奇异核反应总截面的测量，研制了两种双维位置灵敏平行板雪崩电离室（PPAC），可以放在待测硅靶前，用来选择小于一定入射角的次级束粒子，有助于得到更准确的结果。该PPAC的有效探测面积为50 * 50mm~2，分别采用电荷分除法和延迟线读出的方法确定入射粒子的位置，并具有结构简单、价格便宜的特点。用三组分α源(5.155Mev~(239)Pu, 5.486 Mev~(241)Am, 5.806Mev~(244)Cm) 对探测器进行了测试，由阴极电荷分除读出法得到的位置分辨（FWHM）约为1.5mm。

30,35MeV/u 36,40Ar＋112,124Sn反应中热核性质同位旋效应的实验研究

针对①中能反应中同位旋自由度是否达到平衡，②同位旋自由度对几中不同方法测量的核温度是否有影响 这两个基本问题，设计了用30和35MeV/u ~(36,40)Ar轰击~(112,124)Sn反应的实验方案。得到如下结果：对于前角5°处的耗散弹核碎裂产物，丰中子同位素与稳定核的产额比随产物出射动能的增加而减小，而丰质子子同位素与稳定核的产额比随动能的增加而增加，呈现明显的剪刀差分布特性。随耗散时间的增大，产物的平均中质比逐渐由弹核的平均中质比向系统的平均中质比过渡。这个结果说明在该反应中，同位旋自由度没有达到完全平衡。而对于20°处的DIC产物，上述剪刀差分布特性变得更不明显，这是同位旋自由度由非平衡向平衡过渡的表现。后角轻粒子的能谱分析表明，初始热核的同位旋会影响斜率核温度的提取，由于丰中子轻粒子~6He在~(40)Ar + ~(112)Sn系统中的蒸发被抑制，相比~(40)Ar + ~(112)Sn而言，其蒸发比较容易发生在衰变链早期，因此提取的温度偏高，同样，丰质子轻粒子~3He的温度在~(40)Ar + ~(112)Sn中略高。但中后角的同位素产额分析表明，反应系统的同位旋对双同位素比核温度几乎没有影响。核温度作为热核的热力学量，是独立于测量方法的，这种不同的方法得出的差异主要来源于同位旋对衰变机制的影响。作为一个尝试，将中高能反应中的熵的提取推广到这个能区，发现两个系统的熵几乎一致。在量子统计模型框架下，考察核温度与熵的关系发现，~(40)Ar + ~(112)Sn反应的挤出时刻密度略高于~(40)Ar + ~(112)Sn。

奇奇核158Ho和124Cs高自旋态的实验研究

奇奇核作为研究准质子和准中子间相互作用的独特侯选核，近年来，人们给予了越来越多的关注。奇奇核高j组态带中观测到的低自旋旋称反转现象(Signature inversion)已成为原子核高自旋态领域中一个十分活跃的研究课题。近十年来，一系列基于二准粒子加转子模型框架的计算结果表明，奇奇核中这两个准粒子之间的相互作用与旋称反转现象的发生密切相关。相对于偶偶核和奇A核，奇奇核的能级结构更复杂一些，实验上对其高自旋态的研究比较困难，这主要体现在实验上所提供的许多奇奇核的能级纲图存在着一定程度的不确定性，例如能级的激发能位置、转动带的组态、自旋和宇称的指定，甚至在纲图结构、级联系列的核素归属等方面都有一些问题。其中，转动带能级自旋的指定直接关系到准粒子能量的劈裂属性(即正常劈裂还是反常劈裂、旋称反转发生在低自旋区还是高自旋区及旋称反转的发生位置等)：自旋的奇偶性定错了，会导致本来是反转的旋称劈裂变成不反转的(反之亦然)；自旋值定错了△I，会导致旋称反转的位置发生相应的漂移。由于实验上奇奇核转动带能级自旋指定的混乱局面，掩盖了旋称反转现象的客观规律，使得相关理论模型的计算结果得不到及时检验。基于激发能系统学分析方法、以顺排角动量相加性为判据，我们曾对A～160轻稀土区的πhl_(11/2)direct X vi_(13/2)转动带(17个核素)和A～130过渡区的πh_(11/2)direct XVh_(ll/2)转动带(20个核素)进行了系统研究，对其中20个核的自旋数据提出质疑、并提出了相应的修正方案，在此基础上总结了两核区旋称反转现象的系统规律。利用激发能系统学方法指定奇奇核转动带的能级自旋，主要遵循以下三点原则：①自旋奇偶性：根据推转壳模型的描述，当准粒子处于优惠态(Favored)时、较非优惠态(Unfavored)具有更大的顺排角动量。这样，通过对转动带中两signature分支系列的i_x大小的比较，可以辅助推断能级自旋的奇偶性；②顺排角动量相加性：在忽略p-n剩余相互作用条件下，奇奇核中总的顺排角动量近似等于相邻奇A核中相应组态带提取的准粒子顺排角动量之和。这样，利用i_x对自旋值比较敏感的特点，可以推断出能级自旋取值的大致范围；③激发能系统性分析：由于集体转动反映大量核子的集体行为，少数核子的改变不会对这种运动产生明显影响，利用转动惯量的组态相关特性，在一组同位素或同中子素系列链中，对应一定内禀结构的转动带，随着质子数或中子数的均匀递增，能级能量应表现光滑的变化趋势(即不发生突变)。这三个方面基于不同角度、相对独立地指定转动带自旋。其结论的统一、往往可以给出正确的自旋数据。然而，必须指出的是：系统学分析过程是一种经验方法，并不具有严格的理论基础，上述的自旋修正以及总结出的旋称反转规律，必须得到实验核谱学测量的支持。基于这一思想，针对两核区，我们分别选择情况较为阿典型的奇奇核~(158)Ho和~(124)Cs进行了集中的实验测量。本论文的主要研究目标就是要建立两核中晕带与低激发态或基态的联系，找出原纲图中错误自旋指定的原因所在，验证系统学结论的有效性，并用旋称反转的实验规律性对理论模型的系统计算结果进行检验。(一)奇奇核~(158)58Ho高自旋态的实验研究在原子能研究院的HI-13串列加速器上，通过~(152)Sm(~(11)B，5nγ)~(158)Ho融合蒸发反应(束流轰击能E_(lab)=60 MeV)、对目标核~(158)Ho的高自旋态进行布居。探测阵列由八个高纯锗探测器构成，为了提高低能射线的收集效率，使用了一个平面型高纯锗探测器。分别进行了激发函数曲线测量、γ-γ-t符合测量和剩余放射性测量。数据反演后，两重符合总记数～120x10~6。实验结果概括如下：1．建立了基态带，组态指定为：{πh_(11/2)[523]7／2-direct Xvh_(9/2)[521]3／2~-}K~π=5~+；2．建立了一个强度仅次于晕带的强耦合带结构(亚晕带：yrare band)。通过转动参数、跃迁几率、顺排角动量、带交叉频率等特征参量的分析，其组态指定为：{πg_(7／2)[404】7／2]~+ direct X vi_(3／2)[651]3／2~+}K~π=5~+。 尽管该带带头附近的结构还不完整，但观测到了带内几条能级退激、分别贯入到晕带和基态带，从而将晕带和亚晕带同基态联系起来，固定了晕带和亚晕带中能级的激发能位置，并通过对这些连接跃迁多极性的分析，指定了两个带中的能级自旋和宇称；3.晕带(πh_(11/2)direct X vi~(13/2))向高自旋端拓展了7条能级，最高自旋态达到26h，激发 能4．9MeV。肯定了原纲图中不确定的617kev跃迁的存在和放置，观测到了反转点(I_(inv.)≈16h)，肯定了系统学研究对该核的自旋修正。基于本实验建立的连接关系，晕带中观测到的最低态(即70.8kev跃迁贯入能级)激发能为207．6kev，而对应该能级，原纲图中激发能为156．9kev。这意味着原能级纲图中，晕带向基态退激途径中漏掉了一个～5lkeV的"能隙"(Energy gap)，自旋差|△I|=3。根据晕带与退激5-同质异能态的跃迁(156．9kev)的快符合关系，该"能隙"至少由两个跃迁构成。该结果否定了原纲图中对晕带带头处理的三种可能性(①70．8kev为连接跃迁，其退激的能级为带头；②70．8kev为带内跃迁，156．9kev、5-同质异能态为带头：⑨70．8kev为带内跃迁，156．9kev、5-同质异能态为带头，但带头附近仍存在尚未观测的跃迁)。不确切的连接关系是过去实验中无法正确指定晕带自旋的原因；4．建立了一个强耦合的转动带结构，其能级间距(跃迁E_γ)随角动量的增加均匀递增，组态指定为{πh_(11/2)[523]7／2~-direct Xvh_(11/2)[505]11／2~-}K~π=9~+；同时，观测到了另一高K激发态退激到该转动带。其内禀结构指定为：{πg_(7／2)[404]7／2~+direct Xvh_(11/2)[505]1 l／2~-}K~π=9~-；5．建立了基于156．9 kev(I~π=5~-、T_(1/2)=29 ns)同质异能态上的转动带，该带观测完整，具有较强耦合的结构特点。其内禀准粒子轨道指定为：{πh_(11/2)[523]_(7／2)~-direct X vd_(3／2)[402]3／2~+}K~π=5~-，与处于较低激发能(67．3 kev)的2~-态(T_(1／2)=27 min．)构成了一对GM伙伴态。否定了过去的实验中把该态指定为{πg_(7/2)~2+direct Xvh_(9/2)[521]3／2~-}K~π=2~-组态；6．观测到了一个基于65．5 kev激发态的转动带，通过理论模型预言的带头激发能及转动参数与实验值的比较、考虑到其较弱的布居强度和很低的顺排角动量、以及较强耦合的结构特点， 其组态指定为： {πd~(5／2)[402]5／2~direct X vh_(9／2)[521]3／2~-}K~π=4~-。这一结果肯定了过去放射性测量中对处于较高激发能(139．2 kev)、T_(1／2)=1．85 ns、I~π=1~-激发态的讨论，即二者构成了一对GM伙伴态；7．建立了基于{πh_(11／2)[523]7／2~-direct X v_(7／2)[523]5／2~-}K~π=6~+激发态的强耦合转动带结构，其带头激发能为450．1 kev，与I~π=1~+、激发能为146．9 kev的同质异能态构成了一对GM伙伴态；8．在过去的放射性衰变测量中，提供了三个2~+激发态(激发能分别为117．7 kev、74．95 kev和316 kev)。其中两个2~+态(117．7和74．95 kev)同时指定具有{πh_(11／2)[523↑]7／2~-direct X vh_(9／2)[521↓]3／2~-}K~π=2~+组态。这里，我们指定1 17．7 kev的2~+激发态为{πg_(7／2)[404↓]7／2~+ direct X vi_(l3／2)[651↓]3／2~+}K~π=2+组态，即与本实验建立的亚晕带内禀激发态构成了一对GM伙伴态，而74．95 kev的2~+激发态指定为 {πh_(11/2)[523↑]7／2~-direct X vh_(9/2)[521↓]3／2~-}K~π=2~+组态，即与基态构成了一对GM伙伴态。基于本实验中K~π=9~+激发态的观测及其转动带的建立，我们指定激发能为3 1 6 kev的2~+激发态具有{πh_(11/2)[523↓]7／2~-direct X vh_(11/2)[505个]1 1／2~-}K~π=2~+组态，即这两个态构成了一对GM伙伴态；9．通过本实验、提供了~(158)Ho中各能态的跃迁强度和跃迁几率等数据。概括起来，奇奇核~(158)Ho的能级纲图大大完善了。综合本实验观测到的高自旋转动带结构和放射性测量中的部分激发态信息，我们可以整理出10对GM伙伴态，并提供了四个分别对应自旋平行和反平行耦合的GM能量漂移(GM Shift)，即：{πh_(ll／2)[523]7／2~-direct Xvh_(9／2)[521]3／2~-}K~π=5~+、2~+，EGM=101．4 kev；{πh_(11/2)[523] 7／2~-direct X vd_(3／2)[402]3／2~+}K~π=5~-、2~-，E_(GM)=64．1 kev；{πd_(5/2)[402]5／2~+direct X vh_(9／2)[521]3／2~-}K~π =4~-、1~-，E_(GM)=113．3 kev；{πh_(11/2)[523]7／2~-direct Xvf_(7/2)[523]5／2~-}K~π=6~+、1~+，EGM=255．7 keV。(二)奇奇核~(124)Cs高自旋态的实验研究在原子能院的HI-13串列加速器上，利用~（116）Sn（~（11)B，3nγ)~(124)Cs融合蒸发反应(束流轰击能E_(lab.)=45 MeV)，对奇奇核~(124)Cs的高自旋态进行了布居。探测阵列由10个高纯锗探测器和一个小平面探测器组成。数据反演后，总的两重符合事件数达到160x10~6。实验结果概括如下：1．高自旋转动带的信息更丰富了：建立了三个新的转动带结构，其中两个耦合带、一个退耦带，组态分别为：{πh_(11／2)[550]1／2~- direct X vhd_(5/2)[413]5／2~+}K~π=3~-、{πg_(7／2)[413]5／2~+direct X vg_(7/2)[402】5／2~+}K~π=5~+以及{πh_(11/2)[550]1／2~- direct X vd_(3/2)[400]l／2~+}K~π=1~-；2．低激发态的信息更丰富了：观测到了20多条新的低激发态跃迁，增加了10多个新的低激发态；3．转动带之间以及转动带与低激发态间耦合的信息大大丰富了：在过去的研究中观测到了三个彼此孤立、悬空的转动带结构，这里指定它们的组态为：{πh_(11／2) [550]1／2~-direct X vh_(11/2)[523]7／2~-}K~π=4~+(晕 带) ； {πh_(11/2)[550]1／2~- (direct X)vg_(7/2)[402]5/2~+}K~π=3~-(亚晕带：布居强度仅次于晕带)；{πh_(11/2)[550]1/2~-(direct X)vs_(1/2)[411]1／2~+}K~π=1~-(双退耦结构)。其中，亚晕带(yrare band)通过至少三个独立的退激路径与低激发态联系起来；同时，建立了晕带与亚晕带间的多条连接关系。其它转动带分别与晕带和亚晕带联系起来，从而，在奇奇核~(124)Cs中，转动带的"悬空"不再存在，限定了各转动带中能级的激发能位援，并通过这些连接跃迁多极性的分析，分别指定了各能态的自旋和宇称。4．基于本实验建立的连接关系，晕带的最低态(124kev射线贯入能级)的激发能为618．9kev，该能量值比过去研究中的同一能级高出11．7kev。这表明原能级纲图中晕带的退激途径漏掉了一个11．7kev的"能隙"(根据Weisskopf估计，该能隙很可能由两个偶极跃迁构成)。该"能隙"的漏观测，正是导致过去实验中无法正确指定晕带自旋的原因所在；

奇奇核166,168Lu和奇中子核87Zr高自旋态的实验研究

本论文主要进行了奇奇核~(166)Lu、~(168)Lu和奇中子核~(87)Zr的高自旋态的研究工作，对它们高自旋态的一些物理现象进行了讨论。并且首次对1／2~-[541](direct X)vi_(13/2)组态带的系统学规律进行了总结。主要由以下三个部分组成：~(166,168)Lu高自旋态的研究在最近有关形变奇奇核高自旋态的研究工作中，随着实验上π1／2-[541](direct X)vi_(13/2)带自旋的确定，人们发现除了130区的兀h_(11/2)(direct X)vh_(11/2)和160区的兀h_(11/2)(direct X)vi_(13/2)组态带低自旋旋称反转以外，π1／2~-[541](direct X)vi_(13/2)带的低自旋也是反转的，该转动带低自旋旋称反转现象引起了人们的很大的兴趣并得到很广泛的研究，为了通过π1／2~-[541](direct X)vi_(13/2)带与已知自旋和宇称的基态和一些低激发态相连，确定该转动带的自旋，人们付出了很大的努力。特别是最近几年，一些实验上自旋的确定，使得研究π1／2~-[541](direct X)vi_(13/2)组态带低自旋旋称反转的系统学规律成为可能。需要指出的是在以前的研究结果中，~(166)Lu的π1／2~-[541](direct X)vi_(13/2)组态带的能级摆动规律与相邻奇奇核该组态带的能级摆动规律严重不符，澄清该疑点是我们重新研究该核的主要动力之一。在以前~(168)Lu的研究工作中，只在~(168)Lu中发现两个带，但其中只有晕带的组态得到指定，根据带结构和旋称劈裂的大小估计另一个带极有可能是π1／2~-[541](direct X)vi_(13/2)带。为了澄清以上这些疑点和得到π1／2~-[541](direct X)vi_(13/2)组态带的系统学规律，我们重新研究了。~(166,168)Lu的高自旋态。另外(h_(11/2)_p(i_(13/2))_n组．态带的低自旋旋称反转是一个广为人知的物理现象，但在以前的有关~(166）Lu的结果中对(h_(11/2))_p(i_(13/2))_n组态带白旋的确定与该组态带低自旋旋称反转系统规律相反，这也是我们对~(166)Lu重新研究的一个原因。实验是在北京中国原子能科学研究院HI-13串列加速器上进行的，分别利用入射能量为97MeV和92MeV的~(19)F束通过熔合蒸发反应~(152)Sm(~(19)F,~5n)~(166)Lu和~(154)Sm(~(19)F5n)~(168)Lu布居了~(166)Lu和~(168)Lu的高自旋态。用十台HpGe探测器组成的探测阵列进行γ-γ符合测量，对~(166)Lu和~(168)Lu分别记录了约1.27 * 10~8和0.25 * 10~8个两重和两重以上的符合事件。在~(166)Lu中，共发现了五条转动带，根据它们的顺排在0.28MeV均没有出现上弯，意味着它们的中子均占居i_(13/2)轨道，同时根据在~(165)Lu和~(167)Lu只发现基于9／2~-[514]、7／2~-[404]、1／2~-[541]、1／2~+[411]和5／2~+[402]轨道的转动带及在~(165)Yb和~(167)Hf中晕带均为5／2~+[642]的事实，那么由上述质子轨道和中子轨道组成的转动带是本文发现的五条带的最可能的侯选者。本实验中观察到的五条转动带分别基于7／2~+[404](direct X)5／2~+[642]、9／2~-[514](direct X)5／2~+[642]、1／2~-[541](direct X)5／2~+[642]、5／2~+[402](direct X)5／2~+[642]和1／2~+[642](direct X)5／2~+[642]轨道的转动带。和以前的数据相比主要有以下几点改进：(A)在以前的结果中，包括2000年新发表的有关~(166)Lu的文章，他们均把本文~(166)Lu纲图中(5)和(6)退激系列归属于π1／2~-[541](direct X)v5／2~+[642]转动带，而在本文中通过符合关系一个新的退激系列(7)被发现，根据(6)和(7)之间的符合关系、带交叉频率、γ射线强度和B(M1)／B(E2)的比值等关系，本文认为新发现的退激系列(7)与(6)组成新的π1／2~-[541](direct X)v5／2~+[642]转动带.以前的结果的错误在于把属于1／2~-[541](direct X)5／2~+[642]转动带的α = 0与1／2~-[541](direct X)5／2~+[642]转动带的α = 0误归于一个带，这就澄清了原文献中π1／2~-[541](direct X)v5／2~+[642]转动带能级摆动规律与相邻奇奇核该组态带能级摆动规律不符的疑点，同时把原文献中误归于π1／2~-[541](direct X)v5／2~+[642]转动带的那一个退激系列(5)重新指定为1／2~+[411](direct X)5／2~+[642]带(α = 0)；(B)通过分析实验数据、跃迁能量系统学和运用顺排相加性规则对以前实验中建立的9／2~-[514](direct X)5／2~+[642]和7／2~+[404](direct X)5／2~+[642]带的自旋进行了重新指定，把它们的自旋在原文的基础上加1个单位，澄清了以前的有关~(166)Lu结果中对9／2~-[514](direct X)5／2~+[642]组态带自旋的确定与该组态带低自旋旋称反转事实相反的疑点；(C)新发现了基于9／2~-[541](direct X)5／2~+[642]组态的转动带。在~(168)Lu中，共观察到了四条转动带，分别是π1／2~-[541](direct X)v5／2~+[642]、7／2~+[404](direct X)5／2~+[642]、 9／2~-[514](direct X)5／2~+[642]和7／2~+[404](direct X)5/2~-[523](本文新建立的带)带，本文对其中晕带7／2~+[404](direct X)5／2~+[642]的K值取值与原文献中的取值不同，并根据能量系统学和带头激发能指出不同的原因。 除以上所述外，本文还给出了~(166)Lu和~(168)Lu各γ射线的强度、转动参数A、较强γ射线的DCO值、分支比和B(M1)／B(E2)等实验值。基于实验和理论预期的B(M1)／B(E2)比值的比较、各带带交叉行为、顺排相加性、带头激发能和转动参数A对各带的组态和自旋进行了指定。最后通过对实验上对~(162,164)Tm、~(174)Ta和~(176)Re的π1／2~-[541](direct X)vi_(13/2)组态带p-n剩余相互作用信息的提取，指出奇质子核中1／2~-[541]带的带交叉频率相对相邻偶偶核的延迟约三分之一到一半左右，其原因是由于p-n剩余相互作用所造成的(包含了对效应和形变变化的CSM模型能够解释另一半的偏离)，可以定性的认为正是由于形变、对相互作用的变化和剩余p-n相互作用三者相结合导致了整个的1／2~-[541]带中带交叉频率的偏离。旋称反转机制综述和πh_(932)(direct X)vi_(l3/2)组态的系统学首先对导致旋称反转的各种机制做一简单回顾，同时对ππh,u2⑩vi,钔组态带系统学规律做一简单总结，总结了πh_(11/2)(direct X)Vi_(13/2)组态带的跃迁能量系统学规律。在最近，随着~(162)Tm、~(164)Tm、~(174)Ta和~(176)Re等几个奇奇核中半退耦带1／2~-[541](direct X)vi_(13/2)的自旋通过实验方法的确定，人们惊奇的发现在上述这些核~(162)Tm、~(164)Tm、~(174)Ta和~(176)Re)中半退耦带1／2~-[541](direct X)vi_(13/2)在低自旋区都是旋称反转的。人们就会很自然的回头去看那些在该区已经布居1／2~-[541](direct X)vi_(l3／2)组态带的那些核，结果发现对于该组态带的自旋的指定是很杂乱无章的，有些自旋的确定即不符合能量系统学又与顺排相加性规则相悖，如在~(172)Ta和~(178)Re中(值得指出的是有关这两个核的文章均是在十年前发表的)，自旋的指定明显与最近发表的该区πhg_(9/2)(direct X)vi_(13/2)组态带自旋不符，本文通过能量系统学和顺排相加性对~(172)Ta和~(178)Re的1／2~-541](direct X)vi_(13/2)组态带自旋做了修改，分别增加了3h和h。本文通过对最新结果~(162)Tm、~(164)Tm、~(170)Lu、~(170,174,176)Ta、~(176)Re、~(180)Ir)和以前的结果(~(172)Ta和~(178)Re)及本文的结果(~(166,168)Lu)对上述12个核的1／2~-[541](direct X)vi_(13/2)组态带的S(I) = E(I)-E(I-1)- E(I + 2)-E(I + 1)-E(I - 1)-E(I - 2)]／2～I的变化图的分析，继A ≈ 130区7πh_(11/2)(direct X)vh_(11/2)组态带和A ≈ 160区πh_(11/2)(direct X)vi_(13/2)组态带的系统学规律以后，首次总结出A ≈ 170区π1／2~-541](direct X)vi_(13/2)组态带的系统学规律：反转点的自旋随N的增加而增加，随Z的增加而减小，与πh_(11/2)(direct X)和πh_(11/2)(direct X)vi_(13/2)转动带的系统学规律很相似，即反转点自旋均随中子和质子单调地变化。通过对各种理论模型的研究发现三轴形变、科里奥利力、带交叉与自反转和p-n相互作用在奇奇核中都有可能导致旋称反转，包含有p-n相互作用的粒子-转子模型在πh_(11/2)(direct X)和vh_(11/2)、πh_(11/2)和π1／2 ~-[541](direct X)vi_(13/2)组态带中的旋称反转上取得了某些成功，表明p-n相互作用在解释奇核低自旋反转现象中起着很重要的作用。通过对实验上π1／2~-[541](direct X)vi_(13/2)组态带旋称反转点与文献中理论计算值的比较，得出p-n相互作用强度的变化可能是导致π1／2~-[541](direct X)vi_(13/2)组态带症称反转点变化主要原因的结论。过渡区核~(87)Zr的高自旋态研究在A≈80区，许多原子核的中子和质子数都处在28和50两个满壳层之间，对于这些核而言，任何一种核子数的改变都有可能导致核形状的显著变化。有研究结果表明，对于40≤Z≤45的核来讲，N=46是变形核向球形核变化的转折点。在40≤N≤50区，对Zr(Z=40)同位素系列中诸原子核能级结构伴随中子数改变而发生的变化的研究将会帮助我们了解这个形状变化的过程。我们所研究的~(87)Zr含有47个中子，就处于这个过渡区。实验是在北京中国原子能科学研究院HI-13串列加速器上进行的，利用入射能量为118MeV的~(32)S束通过~(58)Co(~(32)S,3pn)~(87)Zr熔合蒸发反应布居。~（87）Zr的高自旋态，实验用的靶为附有Ta衬的厚度1082μg／cm~2的~(59)Co箔。用7台HpGe探测器组成的探测阵列进行γ-γ符合测量。同时采用一个小平面光子探测器探测低能γ射线。本实验记录了约1.5 * 10。个两重以上的符合事件，建立了自旋直到37／2和43／2的能级纲图。研究的结果表明：~(87)Zr与相邻同中子奇A核的正宇称低激发能级之间存在着很强的相似性，而与相邻奇A核同位素相比，结构变化明显， 这可能表明在该核区对核形变的影响中子占主要地位，质子影响较小。激发能随中子变化的比值图呈阶梯状，认为R ≈ 1.5，R_x ≈ 2.0和R_x ≥ 2.2分别代表核形变的三个区域，即球型核、过渡区核和形变核。通过与相邻(Z,N + 1)偶偶核低激发态能级相比较的方法对各低激发能级组态的主要成分进行了估计，发现随自旋的增加，出现了各能级组态之间的混杂。

35 A×MeV 40Ar + 159Tb/197Au 反应中高激发核性质与反应机制研究

中能重离子碰撞的反应机制及其形成的高激发核的性质研究是当前中能重离子核物理研究的重要领域。本文通过对35 MeV/u~(40)Ar+~(159)Tb/~(197)Au反应中出射的轻粒子、中等质量碎片(IMF)和复合核裂变碎片的符合测量，研究了中等质量碎片的发射机制、类靶核的形成机制及其裂变时标、复合核的温度与激发能以及两者之间的关系等。利用前角探测器组的测量对前角区出射的IMF的单举和关联数据进行了分析。由弹核碎裂理论中的Gozdhaber关系式拟合了类弹碎片的能谱，由此提取的弹核的动量分布约化宽度为σ_0 ≈ 100MevV/c。通过Gemini模拟与IMF-IMF关联数据的对比揭示出激发的类弹碎片的裂变是关联IMF的一个重要来源。由IMF与裂变碎片以及IMF与后角轻粒子的关联数据显示出，在前角区域，当IMF的能量低于10 MeV/u时，复合核的蒸发对较轻IMF有较大的贡献；当IMF能量在10-24 MeV/u的区域时，IMF能量与复合核平均速度以及激发能之间存在着很强的依赖关系，说明这些IMF主要来源与弹靶之间的耗散反应；当IMF的能量超过24 MeV/u后，IMF能量与复合核平均速度以及激发能之间没有关联或关联很弱，说明在弹核碎裂的同时，靶核也发生了碎裂，它们共同贡献出部分核子形成了"中速源"或"颈部"。通过对复合核裂变时出射的关联裂片以及后角轻带电粒子的测量，提取了复合核的激发能以及在不同激发能能下所对应的核温度。对于中心碰撞，Au靶形成了E~* = 4MeV/u、T_(init) = 7.1 MeV的热核，Tb靶形成了E~* = 4.7MeV/u、T_(init) = 7.7MeV的热核。对其量热曲线的研究显示出，在当前入射能下没有观测到原子核液气相变的特征。由类弹碎片（PLF)与类靶核两个裂片的关联数据，提取了类靶核裂变轴在反应平面内的转动角度，并由此计算出类靶核的、裂变时标。在对称裂变时，类靶核的寿命约5 * 10~(-20) s，在非对称裂变（η =0.6）时降为约1.7 * 10~(-21) S。同时我们认为类靶核的裂变存在两种机制，即动力学裂变和统计裂变，分别对应于裂变轴在反应平面内的非各相同性分别和各相同性分布。

超重核生成截面的研究

目前，人们在合成超重元素的研究中，做了大量的工作并已经取得了一些进展。这是一个有趣而又充满希望的方向。要在实验室合成超重元素，必须先做大量的理论工作。许多理论模型可以计算截面，但大多数理论模型没有考虑融合过程中准裂变的竞争。但实验证实，用重离子碰撞合成超重原子核时，准裂变对熔合的抑制是非常重要的。为了体现准裂变对熔合过程的影响，一种新的模型一双核模型被提出。双核模型假定在碰撞动能充分耗散后，弹靶组成双核系统，由轻核向重核转移核子而形成复合核。处于激发态的复合核通过发射中子和裂变竞争退激，形成稳定超重核。碰撞中双核系统间核子转移所形成的势能面称之为驱动势，它制约核子转移，因而决定熔合与准裂变的竞争。双核系统势能面还提供重离子碰撞合成超重原子核的最佳激发能和最佳弹靶组合的信息。驱动势制约由输运方程所支配的核子转移速率，因而确定双核系统形成复合核的几率。并由此可确定形成复合核所必须的最低激发能，即形成最稳定复合核的最佳激发能，我们计算了以208Pb为靶的一系列重离子熔合反应双核系统核子转移驱动势，得到了与已知实验值基本符合的结果。在双核系统框架下，用数值法解主方程描述双核间的核子跃迁全熔核形成几率；两碰撞核内部激发能由相对运动能损提供，则把核子转移过程与相对运动藕合起来。最后对一些以208Pb为靶的形成超重核的冷熔合反应，计算了最佳激发能，形成双核系统的俘获截面，复合核形成几率，及存活几率等，最终所得到的形成超重核蒸发剩余截面与已知实验值符合较好。

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。

N=81近球形141Nd和142Pm核高自旋态能级结构

本论文首先介绍了原子核高自旋态研究的一般概况以及其物理解释的基本理论，然后介绍了在束Y谱学及其实验技术。在此基础上分析和讨论了141Nd和142Pm核的高自旋态实验研究。利用能量为75-95 Mevl0F束流，通过反应128Te（19F，5ny)142Pm研究了双奇核142Pm的高自旋态能级结构。实验中进行了丫射线激发函数和Y-Y符合测量。建立了限Pm核高自旋态能级纲图，位于前人建议的一个2毫秒、8-同质异能态之上。由测量的丫射线激发函数和Y一Y符合关系，澄清了一个67微秒同质异能态及其衰变混乱的指定，本论文把67微秒同质异能态及其衰变指定给了142Pm，建议此同质异能态的激发能为2828.5 keV，推断此同质异能态的自旋宇称为13-。在本实验研究的同时，有人利用133Cs（13C，4n）142Pm反应报道了一个建立在2毫秒、8-同质异能态之上的142P亩高自旋态能级纲图；除了相应Y跃迁的多极性有较大差别外，他们报道的瞬Pm高自旋态能级纲图与我们建立在67微秒同质异能态上的基本一致。根据能级结构的系统性，识别了四个两准粒子态，一个为g7/2质子空穴耦合h11／2中子空穴激发，另外三个是h11／2质子藕合h11／2中子空穴多重态成员。根据经验壳模型计算建议了几个新建的关键能级的组态。67微秒同质异能态的组态被建议为一个四空穴态（πg_(7/2)~(-1)d_(5/2)~(-2)vh_(11/2)~(-1)）_(13)-。通过130Te（16O，5nγ）141Nd反应布居了14tNd的高自旋态能级。对反应产生的在束丫射线进行了γ射线单谱和γ-γ符合测量。基于γ-γ符合关系，对原来的141Nd的高自旋态能级纲图做了很大修改，建立了14lNd核高自旋态能级纲图。新观察到了一个由八条γ射线组成的长E2级联跃迁，并指定给了141Nd。基于实验测量的γ跃迁各向异性，建议了141Nd部分能级的自旋值。根据经验壳模型和粒子震动祸合理论，用一个h11／2价中子空穴祸合142Nd核芯晕态激发定性地解释141Nd的能级结构，新发现的长E2级联跃迁很可能涉及两个hu/2质子激发。