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对重离子熔合反应的一点看法[量子分子动力学之家]
对重离子熔合反应的一点看法
 更新时间:2009/11/20 19:20:19  点击数:3459
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重离子熔合反应是核物理界非常关心的热点问题之一,人们对于熔合机制,也就是两个原子核究竟怎样熔合成一个核这个问题,进行不断地探索,提出了各种不同的理论模型来描述熔合过程。这块儿先强调一下这儿讨论的熔合反应是重离子熔合,与核天体里面的轻粒子之间的熔合或者称聚变反应譬如(H燃烧过程)不同。重离子熔合有几个大家非常关心的问题:1)原子核之间的库仑位垒。两个原子核由于质子之间的库仑排斥,所以两个核要想靠近熔合,首先需要克服库仑势垒。实验上需要用重离子加速器把弹核加速,使质心系入射动能接近库仑势垒,这样两个核才有可能熔合。库仑势垒基本上由两部分组成,库仑相互作用+核相互作用。前者很清楚而后者非常不清楚,而且特别是原子核的变形、核子转移等其他自由度会导致计算出来的库仑势垒有较大的不确定性,所以计算库仑势垒目前依然还需要人们研究。不过,人们从实验上测量出来的熔合激发函数以及背角准弹散射截面,可以给出库仑势垒高度的信息。2) 最难处理也最不清楚的问题是两个原子核克服库仑势垒以后怎么继续演化。 由于反应过程极其短暂,时间约10-20s,探测器没法直接观察,只能从最后测量出来的反应截面来推测(有点瞎子摸象的味道)。人们提出了几种想象出来的可能熔合过程:一种将原子核看成液滴,因为液滴模型在描述原子核质量等方面还是比较成功的,所以将两个原子核熔合过程看成两个液滴的接触、形成颈部、然后由一个变形的核逐渐演化成球形复合核的过程,见下图1);另外一种截然不同的看法是,认为两个原子核接触以后,各自依然能较好地保持独立,彼此之间可以相互交换核子,熔合的过程其实是一系列的核子转移过程,参看下面的图2)

这两个模型相互打架打了很长时间。前者对于中重核熔合过程描述挺成功的,后者主要之描述重核熔合特别是重的对称体系熔合。为了了解可能的比较真实的熔合过程,一些微观的动力学模型譬如时间依赖的Hartree-Fock (TDHF)以及量子分子动力学模型也对熔合过程进行了一些研究。从一些计算结果看,改进的量子分子动力学模型(ImQMD)给出来的结果和TDHF的比较靠近。为了更直观的了解熔合过程,这块儿给出ImQMD模型对重离子熔合的模拟结果,下面这个图(点击图片可以看得更清楚一些)是模拟40Ca+40Ca在入射能量略高于库仑势垒时的密度时间演化:

可以看出,两个Ca原子核熔合过程还真是象两滩水合成为一滩水的过程。最后的复合体系靠近球形,因为球形的表面最小。但是对于比较重的熔合体系,譬如Sn+Te,熔合过程和轻体系明显不同,见下图

可以看出重体系不像轻体系,接触上了以后很容易就向球形演化,重体系在两个核接触以后依然很难靠近,有再次分开(所谓的准裂变)的倾向。而对于弹靶不对称情况,我们比较了Ca+Pb的结果,这个体系和上面那个Sn+Te体系总的质子数和中子数是一样的,只是这个反应是一大一小来碰撞,结果见下图。

可以看出,对于弹靶不对称体系,似乎更容易向球形复合核演化。对于Ca+Pb的密度时间演化,ImQMD的结果与TDHF的结果很相似(参看Prof. Hofmann报告中的动画)。

从上面几个动画可以初步看出,重的熔合系统和轻的熔合系统还是有很大的差别,重的体系很难向球形核演化,绝大部分的几率是接触以后再次分开,真正走到复合核的几率非常小,这也是超重核难以形成的一个原因。更详细的介绍参看Phys. Rev. C 81 (2010) 044602

 

 

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