论文部分内容阅读
本论文系统地介绍了动量关联函数方法在重离子碰撞和奇异核研究领域的应用以及形变核引起反应的研究现状,利用量子分子动力学(IQMD)模型对弹靶结构(包括中子晕密度分布和形变结构)效应对轻粒子关联和反应动力学的影响进行了研究。本论文主要包括五部分内容:放射性核束物理的现状以及下一代放射性束流装置介绍；重离子核物理研究中常用的一些理论模型方法；丰质子核23Al以及镜像核:14O和14C的质子-质子动量关联函数的理论模拟和实验测量；利用IQMD模型研究15C价中子组态和密度分布对轻粒子关联和反应动力学机制的影响；对中能区形变24Mg引起反应的入射道形变效应的研究。
晕或皮等奇异核的实验研究已经从传统的反应总截面和碎片动量分布测量发展到了基于高分辨位置的灵敏探测器和大型探测器阵列等更为细致的实验测量,利用一些新的实验手段和方法对晕核结构及晕核子之间的关联开展亚核层次的直接实验测量。我们课题组对23Al反应总截面和动量分布的实验测量表明23Al是由一个被拉大的22Mg核芯和一个处于d组态的价质子组成的两体结构。我们课题组于2008年在RIKEN的RIPS上测量了23Al的双质子发射,通过核子-核子动量关联函数的测量更加深入地探索23Al的奇异结构、晕或皮等奇异结构形成机制和中能下丰质子奇异核反应动力学。IQMD模型的计算表明,有奇异(晕或皮)结构的核其核子-核子动量关联函数强度与稳定核相比有很大的减小,通过实验测量核子-核子动量关联函数,与邻近核比较就能鉴别一个核是否存在奇异结构；另外由两个同位旋相关反应系统提取的同位旋标度系数还可以用来研究核状态方程和对称能。因此我们课题组于2009年在兰州的HIRFL-RIBLL上开展了对镜像核:14O和14C质子-质子动量关联函数的测量。本论文对这两个实验的理论模拟和实验测量进行了介绍。
利用量子分子动力学(IQMD)模型开展了对15C价中子组态和密度分布对的轻粒子关联和反应动力学机制影响的研究,在IQMD+CRAB框架下提取了核子-核子动量关联函数,发现在周边碰撞和较高的入射能量下,其对炮弹的价中子密度分布非常敏感,价中子处于1d5/2组态时得到的关联函数比处于2s1/2组态时在小动量差范围内强很多,这表明这时关联函数可以较好地避免碰撞中弹靶形成的热源对提取结构信息的污染,从而能够直接地反映炮弹外层核子的结构信息。在周边碰撞下,由于2s1/2组态的15C的价中子密度延伸得更远,会导致弹核发生更强烈的碎裂过程,到达冻结时刻发射的中子-质子比(n/p)更大,会发射更多的高能中子。表明在IQMD这样的输运模型框架下,有些末态观测量比如核子-核子动量关联函数和轻碎片发射敏感于入射炮弹的结构和密度分布。
开展了中能区形变24Mg+24Mg碰撞的入射道形变效应的研究。首先,通过和球形核反应的对比,研究了形变核特殊入射方向和形变大小对反应动力学过程的影响。发现对于形变核的两种极端碰撞构型tip-tip和body-body,动量耗散的相对大小随着入射能量的增加在70MeV/A附近有一个反转,这直接反映了核反应机制由低能区占优势的一体动力学向更高能区受泡利阻塞的两体碰撞动力学的转变。Tip-tip和body-body碰撞构型经历了不同的弹靶接触、压缩和膨胀过程,导致出现不同的碎裂行为,球形核引起的反应在动量耗散和碎裂方面都处于tip-tip和body-body两种碰撞构型之间。中心的body-body碰撞能够产生较大的椭圆流,随着入射能量的升高椭圆流存在由在平面发射到出平面挤出的转变。中心body-body碰撞的椭圆流存在对反应重叠区域的离心率的标度,和具有相同离心率的球形核碰撞相比,中心body-body碰撞的椭圆流具有不同的能量依赖关系。通过考察核状态方程对椭圆流的影响,发现对形变核和球形核碰撞,硬的核状态方程都产生较大的椭圆流,无论对软的核状态方程和硬的核状态方程,body-body碰撞中碰撞参数平均的椭圆流都比相应球形核的椭圆流大。这些形变效应和形变参数大小成正比关系。其次,我们研究了非极化的24Mg+24Mg碰撞,在对弹靶入射方向平均之后,发现形变24Mg+24Mg的碰撞和相应球形核的碰撞在反应总截面、两体碰撞数、动量耗散、粒子发射率和碎片产额等方面都存在着比较明显的差别。
综上所述,通过对15C引起反应的价中子组态和密度分布依赖的研究,证实了在IQMD+CRAB框架下核子-核子动量关联函数可以作为晕核密度分布的敏感探针,为测量提取价核子的S因子提供了新的方法。通过对中能区核形变效应的研究,发现形变核引起的反应和球形核的反应存在不同的动力学过程,利用极化形变核引起的反应可以为核液气相变、椭圆流的起源演化和核物质状态方程的研究提供理想的入射道条件,非极化形变核反应的研究可能对晕或皮奇异结构及簇团结构的研究提供新的思路。因此中能区形变核反应研究有利于加深对核反应过程本身和奇异核结构两方面的理解。