光核反应中的同位旋效应

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3.0 牛悦 2024-11-11 6 4 2.32MB 38 页 15积分

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光核反应中的同位旋效应

摘要

原子核是物质的重要组成部分,原子核物理学主要研究原子核的性质和组成

原子核物理作为近代物理的一个重要组成部分,对人类的发展具有极其重要的影

响。

本文介绍了中能重离子碰撞中同位旋研究的现状和中能重离子碰撞中使用的

理论模型。作者利用同位旋相关的量子分子动力学模型和康普顿散射原理，研究

了中能重离子碰撞中原子核的不同密度分布对原子核阻止的影响，发现不同的原

子核结构模型得到的密度分布对原子核阻止的影响不明显。通过对中能重离子碰

撞中光子发射数的研究，发现在低的系统入射能量和低的光子能量时，光子的发

射数对同位旋相关的核子-核子碰撞截面更加灵敏。而且，系统的中质比对光子的

发射数影响不明显。进一步研究发现在高的系统入射能量的情况下，高能光子的

发射数灵敏的依赖于动量相关作用，对同位旋相关的核子-核子碰撞截面的依赖不

明显。在研究光核反应时作者使用不同能量的高能光子与中等质量的缺中子和丰

中子系统发生反应，研究了光子与原子核发生非弹性碰撞中自由核子的发射数。

计算结果表明，光子与缺中子系统反应时，核子发射数有利于研究同位旋相关的

核子-核子碰撞截面，并且随着光子入射能量的增加自由核子的数目也相应的增加。

自由中子的发射数在高能光子入射时灵敏的依赖于同位旋相关的核子 -核子碰撞

截面，对密度相关的不同对称能的依赖不明显。在 700MeV 的光子能量入射时，

低能的中子发射数灵敏的依赖与同位旋相关的核子-核子碰撞截面，随着中子能量

的增加，这种现象逐渐消失。

关键词：光核反应核子发射数同位旋效应

ABSTRACT

Nuclear is the main component of the material. Nuclear physicals study the nature

and component of nuclear. It is one of the important parts in Modern Physics and has a

great effect on human development.

This paper introduces the research status and theoretical model of heavy-ion

collisions at intermediate energy. Using the isospin-dependent quantum molecular

dynamics modal, studied the effects of nuclear density distribution on nuclear stopping.

It is found that there are a few effects on nuclear stopping. Through the studying of the

photon emission number in heavy-ion collision at intermediate energy, we found that

the photon emission number depends sensitively on the isospin-dependent in-medium

nucleon-nucleon cross sections in the range of low beam energy and low photon energy,

and depends weakly on the proportion of neutron and proton. With the development of

researching, we also found that the photon emission number depends sensitively MDI in

the range of high beam energy and high photon energy, and depends weakly on the

isospin-dependent in-medium nucleon-nucleon cross sections. For the researching of the

reaction of photon and nuclear, we used the high energy photon in different energy

region and neutron-rich and proton-rich nuclear at medium quality, and studied the free

nucleons emission number at the environmental of photon and nuclear reaction. It is

found that free nucleon emission number depends sensitively on the isospin-dependent

in-medium nucleon-nucleon cross sections in proton-rich system. We also found that

free neutron emission numbers depends sensitively on the isospin-dependent in-medium

nucleon-nucleon cross sections, when used the high beam energy. In the above case,

free neutron emission numbers depends weakly on the different symmetry energy. As

the photon energy is 700MeV, low energy neutron emission number depends sensitively

on the in-medium nucleon-nucleon cross sections. With the increasing of neutron

energy, this phenomenon decreases rapidly.

Key words ：photon nuclear reaction, nucleon emission number,

isospin effects

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论...............................................................................................................1

第二章理论模型.......................................................................................................5

2.1 中能重离子碰撞的主要特点........................................................................5

2.2 同位旋相关的 Boltzmann-Uehling-Uhlenbeck(IBUU)模型........................5

2.3 同位旋相关的量子分子动力学(IQMD)模型...............................................6

2.4 光核反应理论.................................................................................................9

第三章结果与讨论.................................................................................................11

3.1 不同密度分布对原子核阻止的影响...........................................................11

3.2 中能重离子碰撞中发射光子的一些性质..............................................14

3.3 光子与原子核的碰撞..............................................................................23

3.3.1 光核反应简介.......................................................................................23

3.3.2 光核反应的结论与讨论.......................................................................24

第四章结论与展望.................................................................................................32

参考文献..................................................................................................................33

第一章绪论

原子核作为原子的重要组成部分，几乎完全占有了原子的质量。原子核又由

中子和质子组成，质子带正电，中子不带电，但它们的质量几乎相同。质子的电

荷量与电子相同，质量是电子的 1800 多倍。由于质子和中子的相似性，人们把质

子和中子统称为核子，类比于电子自旋，人们引入核子的同位旋算符，其量子

数为 1/2。质子的同位旋第三分量 =1/2，中子的同位旋第三分量 =-1/2。目前，

核物理主要研究方向有：(1)超重核的性质；(2)超高能量下的原子核反应；(3)在

核反应中考虑同位旋效应的影响。本文主要讨论同位旋效应的影响。

为了能够更好的研究原子核的性质，需要从原子核之间的反应中提取相关信

息，因此人们设计和制造了各种各样的重离子加速器。依靠重离子加速器可以实

现原子核之间的高速碰撞，在这种情况下可以产生高温高密的核物质，而且可以

制造远离稳定线的放射性核素。这样就有利于人们从同位旋自由度的角度上来

研究核物质的相关性质。

随着近些年核物理的迅速发展，放射性核束的应用成为了现实。放射性核束

的应用有利于我们观测更为丰富的核反应现象。尤其突出的是放射性核束可以产

生更为远离稳定线的核素。对它们的研究有利于我们更好的了解原子核的性质

和内部的结构。能够更好地检验我们现有的原子核理论模型，同时有利于我们进

一步完善和改进现有的模型。经过多年的研究发现，随着粒子能量的增加和核子

数目的增加有利于产生更广范围的同位素。目前的理论预言在“稳定岛”之外可

能存在一个超重元素的“稳定岛”，所以各国科学家多年来都一直致力于合成新

的超重核素。其中很有趣的是，俄罗斯的杜布纳联合核子实验所，先后合成了

113-116 号和118 号核素。人们很自然的想到117 号元素应该也是应该能够合成的。

然而，117 号元素直到2010 年才被合成。高远等人利用理论模型也预言了这个核

素的存在[1]。

于此同时为了能够更好、更有效的利用产生的放射性核束。人们主要利用以下

两种方法来分离放射性核素，一种是首先从初级核反应中分离出次级束，再通过

加速器来得到需要的放射性核束。第二种是直接从次级产物中得到放射性核束。第

一种方法得到的放射性核束具有品质好并且能量可根据实际连续可调的优点，但

是在寿命很短的放射性核素面前，它就受到了很大的限制。第二种方法的优点是

可以很好的利用短寿命的放射性核素，但是由它产生的束流品质不高，并且流强

不高。因此在实际的使用中，人们一般将两种方法结合使用。

放射性核束的应用有利于我们研究核子间的相互作用、核反应机制。而且与稳

定的核素相比，放射性核束有利于研究同位旋随核相互作用势、核反应机制和核

反应动力学的行为。例如可以利用丰中子滴线核形成的中子晕来研究核反应中的

特殊效应。

放射性核束产生的中能重离子碰撞过程，是一个强相互作用下的有限的量子

力学系统。通过中能重离子碰撞能够产生和研究高温高密的核物质。同时放射性核

束为使用同位旋相关的输运模型来研究同位旋相关的重离子核反应动力学性质提

供了很好的契机[2-3]。

中能和高能重离子碰撞为研究高温高密的核物质性质提供了有利的条件。到

目前为止人们已经对介质中的核子-核子(N-N)碰撞截面，不同密度情况下的对称

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摘要：

光核反应中的同位旋效应摘要原子核是物质的重要组成部分,原子核物理学主要研究原子核的性质和组成原子核物理作为近代物理的一个重要组成部分,对人类的发展具有极其重要的影响。本文介绍了中能重离子碰撞中同位旋研究的现状和中能重离子碰撞中使用的理论模型。作者利用同位旋相关的量子分子动力学模型和康普顿散射原理，研究了中能重离子碰撞中原子核的不同密度分布对原子核阻止的影响，发现不同的原子核结构模型得到的密度分布对原子核阻止的影响不明显。通过对中能重离子碰撞中光子发射数的研究，发现在低的系统入射能量和低的光子能量时，光子的发射数对同位旋相关的核子-核子碰撞截面更加灵敏。而且，系统的中质比对光子的发射数影响不明显...

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