热核物理——原子核物理学的一个新分支

《热核物理——原子核物理学的一个新分支》一文把当前正在迅速开展的有关热核的各方面研究作了归纳,并指出作为原子核物理学的一个新分支的热核物理正在迅速崛起。     

封面说明

正原子核是物质结构的一个基本微观层次,核物理研究中的重大科学涉及核力以及核力管控核中核子的方式.定量地理解这些科学问题,需要构建不同特征的"核场所",沿着不同的"途径",采取不同的"方法"来探究原子核的特性.为此,现代核物理研究主要依托大型科学研究装置,采用先进的实验技术和方法来研究不稳定原子核的静态(核结构)和动态(核反应)性质.兰州重离子加速器研究装置HIRFL是我国规模最大、加速离子种类最多、能量最高的重离子研究装置,主要技术指标达到国际先进水平.     

《核物理探测器及其应用》

原子核物理学基本上是一门实验科学,它与实验技术紧密相关。原子核物理学的实验技术包括三个方面:加速器、反应堆和探测器,其中历史最长、使用最广的是探测器技术。任何一个实验窒,只要它与核物理研究有关,便无法离开原子核探测技术。仅就这一点来说,核探测技术在核物理研究中的重要性也就显而易见了。这里介绍的“核物理探测器及其应用”就是一本专门介绍这一方面基础知识的书。全书正文共分十六章,书后附有六个附录,共约40万字,是一本     

基于形变相对论连续谱Hartree-Bogoliubov理论构建高精度原子核质量表

质量是原子核最基本的物理量之一,是理解核子间相互作用、揭示壳结构演化和确定滴线位置的关键,是研究核反应和核衰变的基本信息,同时也是探索元素起源等问题必需的核物理输入量,对粒子物理与核物理、天体物理和宇宙学等学科至关重要.尽管短寿命原子核质量的测量工作已经取得很大进展,但是在可预见的将来,大部分远离稳定谷的奇特原子核质量仍依赖理论模型预言和计算.本文介绍了原子核质量模型的重要发展历程、相对论密度泛函理论描述原子核现象的成功、基于相对论连续谱Hartree-Bogoliubov理论构建的目前唯一考虑连续谱效应的原子核质量表,以及拟基于形变相对论连续谱Hartree-Bogoliubov理论建立高精度原子核质量表的最新进展和展望.     

原子核的U(6/24)超对称性I.O(6)×(j=1/2,3/2,5/2,11/2)多j超对称性

一、引言 超对称性的研究是当代物理学的一项重要课题,超对称性把玻色子对称性和费密子对称性统一起来,因而在核物理中可以把奇质量核和偶质量核统一起来。 文献[1]详细讨论了原子核U(6/4)超对称性的spin(6)极限,这是一种单j超对称性。     

重离子核物理

所谓重离子就是指一切质量大于氦核的原子核的总称.重离子核物理乃是利用能量接近或超过靶核库仑位垒的炮弹轰击各种原子核,从而研究原子核的结构性质、衰变性质和原子核反应规律的一门学科.它是原子核物理的重要分支,而且是当代原子核物理的一个十分活跃的前沿阵地. 为了识别原子核,人们习惯于把各种原子核按其组成的中子数(N)、质子数(Z)标绘在核素图上(见图1).天然存在的稳定同位素,图中用黑方块表示,大致分布在一条很窄的斜线上,称为β稳定线.这些核素     

原子核相对论密度泛函理论

随着世界范围内稀有同位素束流装置的发展,人们对原子核的认识从稳定核拓展至不稳定核.在不稳定原子核中涌现出许多新奇的物理现象,而研究这些现象是核物理领域的重要课题.过去几十年中,原子核相对论密度泛函理论取得了长足的发展,在描述和解释原子核各种性质方面取得了很大成功.本文介绍原子核物理中相对论密度泛函理论的基本概念,简要回顾相对论密度泛函的发展历史,阐述相对论密度泛函理论在描述原子核性质方面的优势和特点,主要讨论相对论密度泛函理论在原子核质量、手征进动以及裂变动力学方面的最新应用.最后,文章简要综述原子核相对论第一性原理计算的最新成果,这些成果为进一步构建微观普适的第一性原理相对论密度泛函奠定了基础.     

超子-核子相互作用理论研究的最新进展

超核物理是核物理的一个重要分支,其微观理论的基本出发点为超子-核子相互作用.研究超子-核子相互作用不仅有助于理解奇异性在粒子物理与核物理中的作用,还可以检验SU(3)味对称性及其破缺程度.文章首先回顾了超核物理的起源,随后简要列举了在核物理、粒子物理以及天体物理等领域中,与超核物理相关的几个前沿热点问题,并指出研究超子-核子相互作用的重要性.接下来着重介绍超子-核子相互作用的理论研究历史及发展现状.在现有的相关工作中,研究方法主要包括唯象模型、格点量子色动力学模拟和手征有效场论.其中手征有效场论作为低能区量子色动力学的有效理论,在研究介子、重子等微观系统中展现出了独特的优势.因此,文章特别介绍了基于手征有效场论的超子-核子相互作用的最新理论研究进展.     

显微外科

当代自然科学发展的一个重要方面,是进入了微观世界.例如核物理对基本粒子的研究已深入到原子核内部,生物化学进入了分子生物学的领域,解剖学用电子显微镜来观察组织和细胞的超微结构等等.同样,在外科领域内也出现了对细小的组织结构进行手术操作的“显微外科”.     

现代核物理研究前沿和新机遇

正原子核是由质子和中子构成的量子多体系统,是物质结构的一个基本微观层次.经过逾一个世纪的科学研究,人们已经发现并认识了许多核现象,这些核现象深化了人类对微观物质结构的认知.同时,以核电站和放射性医疗为代表,核物理研究对社会经济发展也作出了重大贡献.尽管核物理实验和理论研究取得了巨大成就,但是,从纯科学的角度讲,核层次中面临的重大科学问题依然没有得到彻底解决,例如,将核子结合在一起的核力是什么?它是如何管控着核中的核子?为了定量地理解这个重大科学问题,必须构建或创立不同特征的"核场所",     

弱束缚原子核基态与集体激发态的研究

弱束缚原子核是一个开放的量子多体体系,具有与稳定核很不一样的奇特结构和动力学.弱束缚核的相关研究是核物理的一个前沿热点问题,对进一步发展核理论和研究天体环境下的元素合成都很重要.本文介绍了连续谱能量密度泛函理论的发展和弱束缚原子核的研究进展.为了解决自洽描述问题,主要工作是基于非球形的坐标空间求解HFB方程并对弱束缚核基态与集体激发态进行描述,基于计算讨论了蛋形晕结构,核芯-晕形变去耦合效应和准粒子连续谱的贡献;发展了包含连续谱的FAM-QRPA方法描述原子核的集体激发,研究了弱束缚核中出现的软单极共振模式.最后对弱束缚核的研究前景和亟待开展的工作进行了展望.     

基于HIRFL-CSR的原子核质量测量实验进展

质量是原子核最基本的性质之一,核质量数据被广泛应用于核结构及核天体物理等多个研究领域.短寿命原子核质量的高精度测量是核物理研究的前沿课题.基于兰州重离子加速器装置HIRFL-CSR(cooler storage ring of heavy ion research facility in Lanzhou),我们建设了先进的等时性质谱术,精确测量了一批短寿命原子核的质量,研究了核结构及核天体物理中的前沿科学问题.本文介绍了国际研究现状,回顾了冷却储存实验环(experimental cooler storage ring, CSRe)质量测量发展过程,综述了近期取得的一些代表性成果,并对未来工作进行了展望.     

清晰地看看原子核……

核物理学起始于原子核的发现。近80年以前,恩斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)和他的同事在曼彻斯特大学发现,原子的所有质量几乎都集中在小小的中心核上。以后几年,实验显示了原子核含有带正电荷的质子,以及电中性的中子。有关质子和中子在原子核中如何排列的基本问题,至今还没有答案,也不存在能够描述所有种类原子核的唯一的理论。在过去的50年中,物理学家提出了描述原子核结     

现实核力Gamow壳模型计算丰中子碳同位素

远离β稳定线的弱束缚原子核存在很多奇特的现象,已成为当前核物理研究的热点.在通过理论描述这些非稳定区域时,束缚态、共振态与连续态的耦合效应变得尤为突出.与此同时,很多工作也表明了三体力在计算原子核结构时的重要性.本文以丰中子碳同位素为研究对象,采用现实核力Gamow壳模型,从手征有效场论的N~3LO两体与N~2LO三体核力出发,同时考虑束缚态、共振态与连续态,计算了碳同位素基态与第一个2~+激发态的位置.我们的计算给出了正确的滴线位置,验证了氧同位素中子数N=14的壳结构在碳同位素中消失的现象,同时预言了N=16的壳结构.我们将包含与不包含三体力的计算结果进行了比较,显示出三体力对于描述滴线区原子核的重要性.此外,三体力的引入还可以升高第一个2~+激发态的位置,得到与实验更加符合的激发态能量.     

质子发射核结构研究进展

关于远离β稳定线的原子核的研究是当前原子核结构领域的一个重要前沿.质子发射现象是远离β稳定线的原子核的一种重要衰变模式,可以为研究质子滴线附近的原子核性质提供宝贵的信息.现代实验技术已经能够比较深入地研究极端条件下的原子核结构情况,许多最新实验结果为人们理解奇特原子核的性质起到了重要作用.本文试图综述近年来国际上关于质子发射核研究的进展,旨在为质子发射核结构研究提供一些参考.     

A～60和A～80质量区原子核磁转动研究进展

近年来,人们在很多原子核中发现了具有强M1跃迁、较弱E2跃迁的磁转动结构,这已经成为原子核高自旋态的研究热点.通过在束γ谱学实验,北京大学实验核物理研究组在中国原子能科学研究院HI-13串列加速器和南非iThemba国家实验室回旋加速器上先后开展了对A～80和A～60质量区原子核磁转动结构的研究.在⁷⁵As、⁷⁹Se和⁶²Cu核中发现了高激发磁偶极带结构,利用基于协变密度泛函理论的倾斜轴推转模型分析了它们的结构特点.研究表明,⁷⁵As和⁷⁹Se核中磁偶极带的角动量形成机制不同于传统的磁转动剪刀机制,随着转动频率的增加,它们只有中子角动量J_ν向总角动量方向出现了较大角度的闭合,而质子角动量J_π基本上保持不动,总角动量的倾斜角出现了一个较大的变化(向x轴方向闭合).这种只有一个剪刀片闭合的角动量形成机制被形象地称为订书机机制.     

北京丰中子束流装置及其应用前景

放射性核束物理和核天体物理是国际核物理研究的前沿,关键科学问题包括:壳演化和新幻数、原子核的中子稳定极限(中子滴线)、超重新元素的合成、原子核的晕结构、新的衰变模式、宇宙中铁以上重元素的核合成机制等.为了解决这些关键科学问题,世界各国都投入大量人力物力建造可以用来产生放射性核束的大型实验装置.综述了国内外已有、在建和计划中的核物理不稳定核束装置情况,并介绍了新一代装置——北京丰中子束流装置(BISOL)的设想.BISOL装置计划采用反应堆和强流氘加速器双驱动源,综合在线同位素分离和炮弹碎裂两种成熟技术,可产生比国内外现有装置强度高1~2个量级的极端丰中子束流,同时通过建设强流氘加速器,提供国际最强的加速器中子源之一,以此为基础大力推进核能系统材料研究.     

2013年全国核反应会议暨核物理973计划年会在深圳召开

由中国核物理学会核反应专业委员会和深圳大学主办的2013年全国核反应会议暨核物理973计划年会于2013年5月11~15日在深圳大学召开.全国核反应会议每两年举行一次,此次会议与新一轮核物理973计划"原子核稳定性极限的新物理与新技术"的启动会议合并举办,约有200名学者和研究生参加,是近年来该系列会议参会人数最多的一次,特别是一大批青年学者参会并做精彩报告.     

利用不稳定原子核的衰变研究核物质对称能的性质

对称能可表征核物质中质子和中子的同位旋不对称效应,在核物理和天体物理方面都具有非常重要的作用,例如会对原子核的质量、奇特原子核的结构与性质、重离子核反应的物理机制、中子星的结构与成分和冷却过程等产生重要影响.目前人们对核物质对称能关于密度的依赖行为了解得还不够清楚,尤其是在高于饱和密度区域,对称能的性质还存在很大的不确定性.研究表明,除了二阶对称能,四阶对称能也会对中子星的冷却过程产生重要影响,也会影响到中子星壳的内侧边缘的具体位置等,进而影响到中子星的结构性质.利用Hugenholz-van Hove(HVH)基本定理,对称能的性质可以直接与核子单粒子势联系起来.不稳定原子核的衰变可以用于提取核子单粒子势的相关性质,也可以用于研究核物质对称能的密度依赖行为.     

非绝热量子动力学模拟方法及其在凝聚态体系中的应用

密度泛函理论(density functional theory, DFT)可以准确地预测由电子和原子核组成的普通物质的基态电子结构,而当涉及量子体系含时演化的模拟时,比如模拟超快激光与分子或凝聚态体系相互作用的激发态动力学过程,就需要发展实时密度泛函理论(real-time time-dependent density functional theory, rt-TDDFT)和非绝热动力学相结合的新颖计算方法.本文介绍了基于rt-TDDFT的Ehrenfest动力学方法,并结合路径积分分子动力学提出了RPTDAP量子动力学方法. RP-TDAP方法引入了非绝热效应和原子核的量子效应,可以对电子波函数和原子核波包构成的耦合系统进行量子化动力学模拟.这些方法使我们不仅可以准确地理解激发态电子结构、电声相互作用、光致电荷传输、光化学反应等非绝热过程的内在机理,而且可以超越平均场理论给出一个全新的视角来描述原子核的量子行为.本文还应用这些方法研究了几个重要的非绝热动力学现象,说明这些方法可以广泛地用于复杂体系的量子激发超快动力学研究.