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重离子碰撞中的核温度和记忆残留研究
苏军
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在过去的20多年间，人们研究重离子碰撞的目的之一，就是探索多重碎裂反应机制，以及它与核物质液气相变的关系。在4𝜋探测器帮助下，人们已经研究了多重碎裂的一般特征，发现了原子核液气相变的迹象。理论上人们已经开始寻找有限开放体系的统计学描述方法，以便理解激发原子核的相变性质。本文基于同位旋相关的量子分子动力学模型和统计衰变模型GEMINI，研究重离子碰撞中的核温度和记忆残留。本文的主要研究成果和创新点如下。
一、研究400-1000 MeV/u 能区重离子碰撞中奇偶效应的形成过程。发现对关联在反应初期几乎不影响系统的动力学过程，预碎片的分布中不表现结构效应，如奇偶差。对关联影响着激发预碎片的退激过程，结构信息在退激过程得到重构。实验观测到的末态碎片分布奇偶效应即形成于结构的重构过程中。
二、使用双同位素产额比温度计研究600 MeV/u 的重离子碰撞中核温度的性质，发现核温度随反应束缚电荷的增加而减小。在宽的同位旋区域和质量区域研究了弹核碎裂体系核温度的质量依赖性和同位旋依赖性。弹核碎裂反应中，核温度随着弹核质量数的增加而减小。核温度的同位旋效应很弱，但在宽的同位旋范围内仍可观测到。核温度随着弹核中子质子比的增加而增加。
三、使用基于动能近似的核温度计，研究30-80 MeV/u 能区重离子中心碰撞中的核温度性质，尝试扣除费米动能对提取核温度的影响，探索使用碎片动能性质提取碎裂反应热力学温度的方法。比较了基于经典Maxwell-Boltzmann动力学近似的斜率温度和涨落温度，发现不能用斜率温度和涨落温度提取碎裂系统的热力学温度，因为它们既包含冻结点的热力学特性，也包含核子费米运动性质。使用量子Fermi-Dirac动力学近似扣除系统费米动能，提取量子斜率温度和量子涨落温度发现它们接近于热力学温度。提出了从碎片动力学性质提取碎裂系统热力学温度的可能性。
四、研究了10-150 MeV/u 能区重离子中心碰撞的记忆残留，发现入射道的动量空间记忆并不会完全丢失。记忆的丢失比与约化径向集体动能存在线性关联。耗散的入射动能除了转化为碎裂系统的热动能和费米动能外，还有一部分转化为径向集体动能和库仑膨胀动能。详细研究了径向集体膨胀的特性及其对碎片形成过程的影响。发现并不是所有碎片都等价地参与集体膨胀。碎片质量越大，单核子径向膨胀动能越小。即使是中心碰撞，径向动量空间分布也不是球对称的。碎片的质量越大，不对称特性表现越明显。
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目录
摘要. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . I
ABSTRACT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III
目录. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
第一章绪论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 1
1.1 重离子碰撞的发展历史和研究意义. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 重离子多重碎裂反应的研究进展. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.1 实验事件的分类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.2 多重碎裂的一般特征. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.3 碎片形成机制. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3 论文研究目的和主要内容. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
第二章研究重离子碎裂理论模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1 重离子碰撞的动力学描述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1.1 带涨落的平均场模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1.2 量子分子动力学方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2 重离子碰撞的统计描述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 15
2.2.1 热化核系统的形成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2.2 热化系统的碎裂. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2.3 激发预碎片的衰变. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3 核温度的测量方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
2.3.1 组分测量法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3.2 能谱测量法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3.3 效应与修正. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 24
2.4 本工作的理论框架. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4.1 同位旋相关的量子分子动力学模型(IQMD). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4.2 统计衰变模型GEMINI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
第三章中能重离子碰撞中的奇偶效应. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2 电荷分布、中子数分布和奇偶效应. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.3 奇偶效应形成机制分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 46
3.4 奇偶效应的同位旋依赖性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.5 本章小结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 51
第四章双同位素产额比核温度计在弹核碎裂反应中的应用. . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.2 电荷分布，同位素分布. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54
4.3 反应机制随碰撞参数的变化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.4 核温度的质量依赖性与同位旋依赖性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.5 本章小结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 64
第五章基于碎片动能性质的核温度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.2 重离子中心碰撞的多重性与能谱. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.3 斜率温度和涨落温度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.4 基于量子Fermi-Dirac分布的核温度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.5 本章小结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 76
第六章费米能区重离子中心碰撞的记忆残留. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
6.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
6.2 碎片平均动能与膨胀动能. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
6.3 多重性、平均动能与膨胀动能的角度相关性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
6.4 径向速度与径向距离的关联. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
6.5 径向流与核阻止关联. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
6.6 本章小结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
第七章结论与展望. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
致谢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
发表论文目录. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
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