原子核质量及动力学形变对超重核合成机制的影响

It is one of the most important subjects in the field of nuclear physics to synthesize superheavy elements and isotopes by low energy heavy ion reaction. For such large scale collective motions of nuclei, many dynamical variables such as the distance between the two interacting nuclei, the charge and mass asymmetry, the dynamical deformations of nuclei and mutual in-plane orientations of deformed nuclei are considered as the relevant degrees of freedom in fusion dynamics. The correlation and the time evolution of these variables are very complicated dynamical problems. In the frame of the dinuclear system (DNS) concept, we will found a multi-variable master equation to describe the fusion mechanism competed with the quasifission in heavy-ion collisions. The behavior of actinide nuclear fission barrier and nuclear mass constraint the potential energy surface of projectile-like and target-like nuclei, and the influence of the dynamical deformation on the nucleus-nucleus interaction potential is also discussed. Based on solving that multi-variable master equation, we will further to develop our theory to explore deeply the reaction mechanism and to provide the optimum of reaction channels, production cross sections and excitation energy for experimental preparing.

采用低能重离子核反应合成超重新元素及其同位素是当前核物理领域的重大课题之一。对于原子核这样大尺度集体运动而言，该过程涉及到很多自由度随时间的演化，例如双核质心间的距离、双核之间的电荷和质量不对称度、双核各自的形变以及其形变的相对取向等，并且各自由度相互关联，故是复杂的动力学过程。本课题拟在双核模型基础上考虑多个宏观自由度耦合的多动力学变量主方程，进一步研究熔合过程与准裂变之间的竞争。利用锕系核的裂变位垒与原子核的基态质量约束（类）弹靶核的位能曲面，同时结合动力学形变对原子核与原子核之间的相互作用势的影响，研究支配双核系统输运过程的动力学位能曲面（驱动势），这样的位能曲面同时包含原子核内禀结构和动力学信息。进而，基于动力学形变依赖的位能曲面求解多变量的主方程，发展和完善已有理论，更深刻地揭示超重核产生机制。为实验上合成新超重核提供最佳反应道、合成截面、最佳激发能等信息。

超重核与丰中子重核的合成是目前低能重离子核反应研究的热点课题之一。促使理论研究丰中子重核与超重核合成机制的主要原因在于，一方面，为了从理论上理解和阐明熔合蒸发反应和多核子转移反应合成超重核与丰中子核的物理机制；另一方面，寻找合成超重核与丰中子重核的最佳弹靶组合与事件能量。综合上述原因，我们采用双核假设的物理思想，通过考虑类弹类靶核的形变作为动力学形变变量，构建了同时处理原子核的质子、中子转移与动力学形变作为离散变量的四变量主方程，四变量对应的分布函数随时间的演化由相应变量确定的势能面来支配。. 基于该方法的理论计算结果很好的再现了实验测量的48Ca+238U, 48Ca+244Pu和 48Ca+248Cm三个热熔合反应的准裂变产额分布和蒸发剩余截面。由此揭示了动力学形变在低能重离子核反应中扮演至关重要的作用。进而，考虑温度效应对势能面的影响，研究了64Ni+208Pb和136Xe+208Pb反应的多核子转移截面，结果表明考虑温度效应后，进一步提高了四变量输运方程对于多核子转移机制的描述能力。. 为了寻找采用多核子转移反应合成丰中子新核素的最佳条件，基于已发展的数值求解四变量主方程的程序；并结合描述激发原子核退激发的GEMINI++程序，通过完成40Ca+208Pb,58Ni+208Pb,40Ar +208Pb,64Ni+208Pb,136Xe+198Pt 和136Xe+208Pb反应的理论计算与实验测量之间的对比，揭示了：(a)目前版本的双核模型可以对转移较多数量质子的范围内描述实验测量的转移截面；(b)多核子转移截面显著的依赖于事件能量的大小；(c) 丰中子重核的产生显著的依赖于炮弹的中质比，即炮弹中质比的逐渐增大有利于合成更加丰中子的重核。