光子发射数的同位旋效应

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3.0 牛悦 2024-11-11 5 4 980.76KB 40 页 15积分

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摘要

原子核处于原子的中心，是物质的一个重要组成部分。原子核物理是研究原

子核的组成、性质及运动规律的一个学科，是近代物理中一个比较重要的分支，

它已成为人类社会进步和发展中不可或缺的重要组成部分。

本文简单介绍了原子核物理同位旋效应和国内外研究现状，介绍了中能重离

子碰撞中常用的输运理论：量子分子动力学模型。在该模型的基础上，添加必要

的程序运算，作者系统地研究了不同质量、不同入射能量、不同中质比的反应系

统产生的碰撞数与系统参数的关系，发现系统总碰撞数与系统总质量数和入射能

量有关，系统质子-中子碰撞数与系统质子数、中子数和入射能量有关，并分别拟

合出它们的定量关系，通过不同系统程序计算值与拟合值的比较，确定出公式的

适用范围。研究中能重离子碰撞中产生的光子数与质子-中子碰撞数的关系，得到

不同出射能量的光子数敏感地依赖于同位旋相关的介质中的核子-核子碰撞截面，

而密度相关的对称势对光子数影响很小，因此可以用光子发射数来提取关于核子

散射截面的信息。但由于系统光子发射数较少，可以用比值的方法，减少其它因

素产生的光子数对轫致辐射产生的光子数的影响。进一步发现，低出射能量的考

虑同位旋相关的核子-核子碰撞截面的光子数与同位旋无关的核子-核子碰撞截面

产生的光子数的比值的同位旋效应更加明显。对不同的反应系统比较后发现，中

等质量、高中质比系统产生的光子数的比值的同位旋效应最为明显。

关键词：同位旋相关的量子分子动力学模型碰撞数同位旋效应

中能重离子碰撞光子数

ABSTRACT

The nucleon lies in the center of the atom and it is an important part of the material.

Nuclear physics is a subject for studying the composition, property, and law of motion

of the nucleus. It is an important branch of theoretical physics, and it is playing an

important role in human social development.

This paper introduces simply the significance of isospin effects of nuclear physics

and the research status in domestic and foreign and also introduces a heavy-ion

transport theory which is often used in nuclear physics: quantum molecular dynamics

model. Using this model with necessary program operation, the writers study the

relationship between the system parameter and the collision numbers which are induced

by the center collisions of different mass, different reaction energy and different

neutron/proton ratio. It is found that the total collision number is related to the total

mass of the system and the incident energy and the neutron-proton collision number is

related to the numbers of total proton and neutron and the incident energy as well. The

specific formula is given. Via comparing it with the results from the program, the

application range can be confirmed. By discussing the relevance between emission

photons from heavy-ion collisions at intermediate energy, it can be seen that the

emission photons of different energies depends sensitively on the isospin-dependent

in-medium nucleon-nucleon cross sections, while different density-dependent symmetry

energy can hardly influence the number of photons. So photon emission numbers can be

used to extract the information about nuclear scattering cross section. However, the

number of emission photons is so small that any other uncertainties can make the

number bigger. We provide the ratio of the number of isospin-dependent systems and

the number of isospin-independent systems. Furthermore the ratio of low energy

photons is more sensitive to the in-medium nucleon-nucleon cross sections than the

ratio of higher energy photons. Among all the different systems, it is found that the ratio

of photon numbers from systems of higher neutron/proton, intermediate mass has the

most isospin effect.

Key words: isospin-dependent quantum molecular dynamics model,

collision numbers, isospin effects, heavy-ion collisions at intermediate

energy, number of photons

中文摘要

ABSTRCAT

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

1.1 同位旋物理简介 ...............................................1

1.2 核物理中同位旋相关的效应 .....................................2

1.3 目前国内外研究现状 ...........................................3

第二章中能重离子碰撞的动力学理论 ..................................5

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

2.2 描述重离子碰撞动力学过程的主要输运模型 .......................5

2.3 量子分子动力学(QMD)模型及同位旋修正 .........................6

第三章结果讨论 ....................................................9

3.1 中能重离子碰撞中碰撞数的一些性质 .............................9

3.2 中能重离子碰撞中总碰撞数公式的模拟 ..........................17

3.3 中能重离子碰撞中质子-中子碰撞数公式的模拟 ...................22

3.4 中能重离子碰撞中光子发射数的同位旋效应 ......................27

第四章结论与展望 .................................................33

参考文献 ..........................................................34

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ....................38

致谢 ............................................................39

第一章绪论

1.1 同位旋物理简介

20 世纪随着科学的发展，微观世界逐步进入人类的视线。1897 年汤姆逊发现

电子，1911 年卢瑟福发现原子核，1932 年查德维克发现中子，使得原子、原子核

的结构逐渐被人们认识。原子核是原子的重要组成部分，几乎集中了原子的全部

质量，却仅占有很小的体积。原子核带正电，带电量与核外电子相等，符号相反。

原子核内部由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电，质子和中子质量相差

甚微，所以可以用一个物理量即同位旋来区分中子和质子。

原子核物理学是研究原子核性质的物理学分支。核物理主要有三个研究方向：

质子数方向(Z)，能量方向(E)和同位旋方向(



)。对于质子数方向，研究的是超重

元素的合成、超重核的性质以及衰变规律等。超重元素的研究可以为核素图



稳

定线和超重岛的研究提供很大的帮助。对于能量方向，研究的是不同能量的原子

核与原子核的碰撞。能量很低时，主要发生的是弹性散射(入射原子核核不损失能

量并改变方向)、准弹性散射(入射原子核恰好穿过库仑势垒，能量损失较小)、深

度非弹性散射(两核之间发生大数目的核子交换，伴随着大量的能量、质量和

电荷的转移，原子核可以高度激发，但两核并未熔合成复合核，相互作用后

很快分开)和融合反应(两个原子核合成一个原子核)；能量中等时，会打碎原子核，

产生各种质量的碎片，这些碎片可以发生液气相变等；能量很高时，原子核会被

压缩成高密高能的物质，形成夸克-胶子等离子体，也可能会产生其它的一些介子

和强子；当能量极高时，会产生相对论效应，产生的介子和重子数目会变得更多。

对于同位旋方向，主要研究的是不同能量下原子核之间的碰撞，考虑不同的同位

旋相关的平均场和截面，从而探求碰撞产生的不同的观测量与同位旋自由度的关

系。本文主要研究的就是同位旋方向。

要研究同位旋效应，就需要实现在不同能量下原子核的碰撞，这就需要制造

出相对稳定的弹核和靶核。上世纪三十年代出现了质子、中子、



、氘、氚等轻

粒子束，六十年代时出现了重离子束，七十年代时出现了极化离子束，到八十年

代中期，出现了放射性核束，如日本的 RIKEN，德国的 GSI，美国的 MSU，法国

的GANIL 以及我国兰州的 RIBLL。放射性核束的出现和发展，使人们对原子核物

理的认识得到了新的扩展，原子核碰撞力学中的同位旋自由度将得到更好地研究。

利用放射性核束，可以提取核状态方程中同位旋相关的对称能的信息，还可以探

测介质中的核子-核子碰撞截面的信息。

实验上较大中子(质子)过剩核产生的放射性束的发展，不仅可以合成出处在



稳定线边缘的核，还可以在很短的时间内观测同位旋非对称、热激发和压缩状态

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摘要：

摘要原子核处于原子的中心，是物质的一个重要组成部分。原子核物理是研究原子核的组成、性质及运动规律的一个学科，是近代物理中一个比较重要的分支，它已成为人类社会进步和发展中不可或缺的重要组成部分。本文简单介绍了原子核物理同位旋效应和国内外研究现状，介绍了中能重离子碰撞中常用的输运理论：量子分子动力学模型。在该模型的基础上，添加必要的程序运算，作者系统地研究了不同质量、不同入射能量、不同中质比的反应系统产生的碰撞数与系统参数的关系，发现系统总碰撞数与系统总质量数和入射能量有关，系统质子-中子碰撞数与系统质子数、中子数和入射能量有关，并分别拟合出它们的定量关系，通过不同系统程序计算值与拟合值的比较，确...

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