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原子核多重碎裂和核温度

原子核多重碎裂和核温度. Jun Su, Feng-Shou Zhang, Long Zhu, and Wen-Jie Xie 苏军，张丰收，祝龙，谢文杰 College of Nuclear Science and Technology, Beijing Normal University, 100875 Beijing, China 北京师范大学核科学与技术学院. 内容. 引言 原子多重碎裂 核温度 理论模型 同位旋相关的量子分子动力学模型 (IQMD) + 统计衰变模型 GEMINI 主要结果 (1) 、多重碎裂现象，奇偶效应

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原子核多重碎裂和核温度

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Presentation Transcript

  1. 原子核多重碎裂和核温度 Jun Su, Feng-Shou Zhang, Long Zhu, and Wen-Jie Xie 苏军，张丰收，祝龙，谢文杰 College of Nuclear Science and Technology, Beijing Normal University, 100875 Beijing, China 北京师范大学核科学与技术学院

  2. 内容 引言 原子多重碎裂 核温度 理论模型 同位旋相关的量子分子动力学模型(IQMD) + 统计衰变模型GEMINI 主要结果 (1)、多重碎裂现象，奇偶效应 (2)、同位素温度，同位旋效应，质量效应 (3)、使用动能谱提取温度 总结

  3. 研究背景 • 现今核物理的一个热点是探索极端条件下的核物质特性。在实验室，人们主要通过重离子碰撞来获得极端条件下的核物质。 • 原子核多重碎裂是在中高能区重离子碰撞中的一种反应机制。理论和实验研究表明，反应初期原子核系统压缩，之后膨胀。在膨胀阶段反应路径进入原子核状态方程的力学不稳定相。动力学涨落激发动力学不稳定，导致核系统碎裂成多个碎片，从而发射出多个具有中等质量的产物。 • 原子核碎裂反应机制的研究，不仅能促进核物理本身的发展，而且对量子多体理论，统计理论，粒子物理以及天体物理等的研究有重要影响。 ? r~1.5r0 T~10 MeV What happened? Equation of State Of Nuclear Matter f(r,T,p)? Liquid-to-Gas Phase transition? Size? Lifetime? Shape?

  4. 实验事实 GANIL: S. Hudan et al.,PRC.67064613 MSU：O. B. Tarasov et al., PRC.80.034609 单举测量：碎片质量和电荷分布，激发函数，同位素产额，等等。 LNS：C.Sfienti et al., NPA.749.83c Texas：Z. Chen et al., PRC.81.064613 GSI:D. Henzlova et al., PRC.78.044616

  5. 实验事实 关联测量： Ref：B. Tamaina，Eur. Phys. J. A 30 (2006) 71 B.Borderie, M.F.Rivet, Prog.Part.Nucl.Phys.61(2008)551 Feng-Shou Zhang et al., PRC.60(1999)064604

  6. 多重碎裂反应与液气相变 人们认为多重碎裂是一种临界现象，它暗示重离子碰撞过程中，核系统发生了液气相变。 现今人们已经通过多种观测量，观测到液气相变的信息。 B. Borderie and M.F. Rivet , Prog. Part. Nucl. Phys. 61 (2008) 551

  7. 相变判据举例：Caloric curve 激发能小于2MeV/u, 融合蒸发，THeLi随激发能上升，满足费米系统的低温近似。 激发能在3~10 MeV/u， THeLi呈现一个平台。 激发能大于10MeV/u， THeLi随激发能增加而陡峭上升，满足经典气体近似。 Ref: J. Pochodzalla et al., Phys. Rev. Lett. 75(1995)1040

  8. 核系统温度的测量 温度T 测量方法： 基于巨正则系综 Double ratios of isotopic yields S. Albergo et al., Nuovo Cimento A 89, 1 (1985). Population of excited states D.J. Morrissey et al., Phys. Lett. B 148, 423 (1984). Isobaric yields from a given soure M. Veselsky et al., Phys. Lett. B 497, 1 (2001). 基于正则系综 Slope thermometer G. D. Westfall, Phys. Lett. B 116, 118 (1982). Fluctuation temperature S. Wuenschel et al., Nuclear Physics A 843, 1 (2010). 基于衰变模型 From the evaporation cascade K.-H. Schmidt et al., Nucl. Phys. A 710, 157 (2002). 核物质液气相变 多重碎裂机制 核温度 准确测量核温度是研究多重碎裂反应机制的基础！

  9. 内容 引言 原子多重碎裂 核温度 理论模型 同位旋相关的量子分子动力学模型(IQMD) + 统计衰变模型GEMINI 主要结果 (1)、多重碎裂现象，奇偶效应 (2)、同位素温度，同位旋效应，质量效应 (3)、使用动能谱提取温度 总结

  10. 理论模型：同位旋相关的量子分子动力学(IQMD) 系统的相空间分布函数 演化方程 有效哈密顿量 在演化方程的基础上考虑碰撞 泡利阻塞效应

  11. 理论模型：统计衰变模型GEMINI 统计衰变模型适合描述热平衡系统的衰变过程。 统计衰变模型GEMINI已经广泛应用在激发核衰变的研究中。 模型中包含以下几种衰变模式：light-particle evaporation，symmetric fission，binary-decay modes。 用IQMD模拟反应的前期：0~200fm/c。 用GEMINI模拟激发核的衰变：200fm/c之后。 excited pre-fragments final products hot nuclear system t deexcitation Multifragmentation 50 fm/c 200 fm/c 100 ns Isospin-dependent Quantum Molecular Dynamics model statistical decay model (GEMINI)

  12. 内容 引言 原子多重碎裂 核温度 理论模型 IQMD+GEMINI 主要结果 (1)、多重碎裂现象，讨论奇偶效应 (2)、同位素温度，同位旋效应，质量效应 (3)、使用动能谱提取温度 总结

  13. 重现多重碎裂过程 模型能模拟多重碎裂过程，重现碎片分布的特征： • U型分布 • 中等碎片指数衰减

  14. 动能谱

  15. 结果1：碎片分布的奇偶效应 奇偶效应：反应产物中，偶Z碎片或偶N碎片更多，奇Z碎片或奇N碎片更少。这种奇偶效应还表现出同位旋相关性。 1、IQMD与IQMD+GEMINI比较： 奇偶效应在衰变过程形成。 2、激发能与对能(11.2/A3/2 MeV/n)比较： 对能在反应初期影响小。 3、激发能与单核子分离能(~8 MeV)比较： 蒸发多个核子显示出奇偶差。 Jun Su et al., Phys. Rev. C83, 014608 (2011)

  16. 核温度的同位旋效应 • 反应过程(甚至是反应机制)是否会随着体系同位旋的改变而改变 • 核物质相图的另一个自由度：同位旋 • 可以给对称能研究提供一些信息 • 核温度无同位旋效应： Thomas-Fermi approximation V. M. Kolomietz et al., PRC 64, 024315 (2001). S. K. Samaddar et al., PRC 76, 041602 (2007). • 核温度有同位旋效应： hot liquid-drop model J. Besprosvany et al., PLB 217, 1 (1989). statistical multifragmentation model R. Ogul et al., PRC 66, 051601 (2002). formononuclear configurations C. Hoel et al., PRC 75, 017601 (2007). ALADIN experimental data C. Sfienti et al., PRL. 102, 152701 (2009).

  17. 工作2：核温度的同位旋效应，质量效应 • 同位旋效应：同位素温度随入射道的N/Z值增加而增加。 • 质量效应：同位素温度随入射核质量增加而减少。 Jun Su et al. Phys. Rev. C83,014608 (2011) • 输运模型可以做的工作：研究反应早期体系的同位旋特征，核温度对同位旋参数变化的敏感性，从而了解核温度同位旋效应的成因以及对反应过程的影响。

  18. 用碎片的动能性质提取温度 • 拟合碎片动能谱提取温度 G.D.Westfall, PLB 116, 118 (1982). B.V.Jacak et al., PRL. 51, 1846 (1983). • 普遍认为，从动能谱提取的斜率温度Tslope 大于其他方法提取的温度。斜率温度不是热温度！ • D.J. Morrissey et al., Annu.Rev.Nucl.Part.Phys. 44, 27(1994). • 碎片动能=热动能+费米动能 • 考虑费米动量后，可以从碎片的动能性质提取合理的热力学温度。 • W. Bauer PRC. 51, 803(1995). • H. Zheng et al., PLB 696, 178 (2011).

  19. 结果3：用碎片的动能性质提取温度 • 原子核系统是一个费米系统。末态碎片的动能由两部分组成：费米动能和热动能。 • 分别用两种方法扣除费米动能，获得了合理的热力学温度。 • 用碎片的动能性质提取碎裂系统的热温度是可取的。 Jun Su et al. Phys. Rev. C85,017604 (2011) • 碎片动能=热动能+费米动能+辐射效应部分+库伦部分 • 考虑碎片动能性质的各种效应，消除辐射效应和库伦效应，获得准确的热力学温度

  20. 总结 • 把原子核多重碎裂反应分成两个过程模拟：动力学过程和统计衰变过程。 • 成功解释了产物分布中出现的奇偶效应。 • 研究了同位素温度的同位旋效应和质量效应。 • 讨论了从碎片动能性质提取热力学温度的可能性。

  21. 谢谢！

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