对效应在近库仑位垒重离子熔合反应中的作用研究

Due to the competition between Coulomb repulsion and nuclear force, and correlations between many degrees of freedom such as collective motion and intrinsic motion, to describe the dynamics of heavy-ion fusion reaction around the Coulomb barrier microscopically is of much difficulty. Time-dependent Hartree-Fock (TDHF) model has been successfully used in low-energy heavy-ion reactions. Due to the lack of nucleon-nucleon residual correlations in this model, however, there are some problems when applying it to studies of fluctuation and dissipation. In this project, we will investigate the heavy-ion fusion reactions around the Coulomb barrier by using TDHF with BCS pairing included. The investigations will be concentrated on the following subjects: we will explore the effect of initial pairing of the reaction partners (occupation numbers of the ground state of the projectile and target are kept frozen in the dynamical process) on the reaction; we will also consider the dynamics of pairing and its effect on reaction. The effect of pairing correlation on energy-dissipation process, nucleon exchange in the initial stage, N-N interaction potential and fusion cross sections will be discussed. We hope that the results would provide new understandings of the pairing effect in low-energy heavy-ion fusion reactions.

库仑位垒附近的重离子熔合反应，涉及库仑排斥与核力之间的竞争、集体运动与单粒子运动的耦合等等，理论描述存在较大的困难。Time-dependent Hatree-Fock (TDHF)模型在研究低能重离子反应中已有诸多成功的应用，但由于该模型中不包含核子-核子剩余相互作用，因此在描述涨落与耗散等过程时存在一些问题。本项目拟采用TDHF模型，并结合BCS理论加入对效应，对库仑位垒附近的重离子熔合反应开展研究。主要内容包括：采用占有数冻结近似，只考虑弹靶基态的对效应对近垒熔合反应的影响；利用正则基展开方法研究对效应在近垒熔合过程中的动力学变化；探讨时间相关的对效应在近垒熔合反应中的作用。以上主要考察对效应对能量耗散过程、早期核子交换以及库仑位垒和熔合截面的影响，并与实验结果进行对比。我们希望这些研究结果能为人们理解对效应在重离子熔合反应中的作用提供新的信息。

本研究基于Time-dependent Hatree-Fock (TDHF)方法，主要研究了以下三个方面的内容：（一）引入BCS修正，研究了对效应对13C，17,18O等较轻原子核基态性质的影响。随后，研究了12C+12,13C，12,13C +16O，16O+18O等近库伦位垒熔合反应。我们采用了两种不同的方法，使得对效应对原子核基态性质的影响在动力学过程中得以保留。第一种方法是直接采用占有数冻结近似，即由HF+BCS得到的原子核基态各单粒子能级占有数在动力学计算过程中保持不变，之后通过锐截断的方法计算了垒上熔合截面。第二种方法是通过HF+BCS得到核的基态，然后以此基态密度为准，利用密度约束的HF方法产生符合该密度分布的新的基态。进而研究了16O+18O近垒熔合反应的核-核相互作用势，动力学初级阶段核子交换，以及熔合截面等。对于12C+12,13C，12,13C +16O等系统，我们还研究了核天体物理比较关心的S因子和L因子。以上结果与实验结果以及不考虑对效应的情况进行了对比。结果表明，对效应的引入，在一定程度上缩小了理论计算与实验值之间的差别。（二）完成了TDHF+TDBCS程序的编写，目前正在计算22O+22O近垒熔合反应，初步结果表明，TDBCS方法存在与BCS一样的粒子数不守恒的问题。此外，对于中心碰撞而言，由于成对的粒子其角动量之和Jz始终为零，所以反应过程中并不影响反应总的Jz，但对于非中心碰撞而言，我们发现系统的总角动量也不守恒。关于该问题，及其对熔合反应造成的影响，还在进一步的研究当中。（三）（一）的结果表明，对效应会影响16O+18O反应中核子转移过程，因此我们紧跟核物理以及天体物理研究前沿，适当地增加了重体系多核子转移反应的研究，这些反应是生成极端丰中子核素的重要途径之一。我们研究了132Sn,136Xe+208Pb，136Xe+194Ir,198Pt等反应，利用粒子数投影方法计算了初级碎片产生截面，然后结合统计衰变GEMINI++模型得到终级产物截面并与实验结果以及其他理论模型进行了对比。结果表明，TDHF方法可以很好地少量核子转移过程，但由于核子-核子剩余相互作用的缺失，产物分布偏窄。此外，132Sn+208Pb以及136Xe+194Ir组合更利于生成N=126丰中子核素。