基于HIRFL-RIBLL1装置的放射性核弹性散射和破裂反应研究进展

放射性核束物理是当前核物理研究的重点领域之一,直接核反应是研究放射性核的反应机制和奇特结构的重要方法.本文回顾了近年来在HIRFL-RIBLL1上开展的放射性核的弹性散射和破裂反应研究,并介绍了国际上的研究现状.通过对典型中子晕核¹¹Be和质子滴线核⁸B在高于库仑势垒能区弹性散射的系统性比较研究,明确了即使在3倍库仑势垒附近的能区,破裂反应道仍然会对丰中子核的弹性散射道有强烈的耦合效应.研究表明,与入射能量相比,破裂反应对其他反应道耦合效应的强弱对奇特核的核结构更加敏感.此项研究加深了学界对放射性核反应动力学的认识.无论是丰中子核还是丰质子核,去弹破裂都在破裂反应中起到重要的作用,尤其在大角度范围内.总体而言,丰质子核的破裂截面明显小于丰中子核.同时理论研究表明,紧密束缚核的破裂反应主要来自去弹破裂的贡献,对破裂反应机制的理解还需要开展进一步的实验研究.     

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     

质子滴线核17F在近库仑势垒能区的反应机制研究进展

质子滴线核在近库仑势垒能区的反应机制研究是当前核物理领域的热点问题.本文对国内外开展的~(17)F在近库仑势垒能区的实验研究进行了回顾和总结.为了深入探索~(17)F的反应机制,本课题组相继开展了~(17)F+~(12)C,~(89)Y和~(208)Pb的弹性散射研究以及~(17)F+~(58)Ni的全反应道研究.目前的弹性散射研究表明,在大范围的靶区内,~(17)F的破裂连续态对弹性散射的耦合效应并不显著.对于破裂反应,在近垒能区只有~(17)F+~(58)Ni体系的细致研究.研究表明,去弹破裂是主要的~(16)O产生机制.而对于熔合反应,目前只有~(17)F+~(58)Ni和~(208)Pb两个体系的实验结果.~(17)F+~(58)Ni体系在垒下表现出明显的总熔合截面增强现象.理论计算表明,这种增强主要是由~(17)F连续态的耦合效应导致.而对于~(17)F+~(208)Pb,其总熔合激发函数与~(19)F+~(208)Pb基本相同.~(17)F+~(58)Ni和~(208)Pb体系熔合激发函数的差异还需要进一步研究.     

中高能重离子碰撞中奇异粒子产生和超核形成机制

中高能重离子碰撞可以形成大于饱和密度的核物质状态.高密核物质中奇异粒子成分影响核物质状态方程.重离子碰撞是产生丰中子超核的唯一途径.本文评述了中高能重离子碰撞中奇异粒子研究最新进展,讨论了在我国强流重离子加速器(HIAF)上开展核物质状态方程和丰中子超核研究的可行性.基于兰州量子分子动力学模型,以反应系统~(58)Ni+~(58)Ni和~(197)Au+~(197)Au为例,分析了阈能附近奇异粒子产生动力学和高密核物质状态方程;系统研究了Λ超核形成动力学机制并给出了超核的质量、电荷、动能分布和动能谱;讨论了核物质状态方程和碰撞中心度对奇异粒子产生和超核形成的影响.研究结果表明,K介子在高动能部分产额可以提取高重子密度下核物质状态方程;Λ超子与核子相互作用势会影响超核的形成,如吸引的相互作用势有利于超核的形成;重离子碰撞有利于形成轻质量区超核并且碰撞中心度对超核的形成有重要影响.     

用于硼中子俘获治疗的含硼药物研究现状与热点前沿:基于文献计量的分析与思考

含硼药物是硼中子俘获疗法(BNCT)技术实现肿瘤靶向性的关键.自20世纪50年代起,含硼药物已经经历了三代变革, BNCT领域科研工作者长期致力于多种类型、多种功能的含硼药物的研发和临床应用.本文基于文献计量方法,针对用于硼中子俘获治疗的含硼药物研究进展,包括论文发表、专利情况和临床进展进行分析,对论文的产出趋势、研究国家、研究机构和研究热点,专利申请和公开趋势、技术主题分布、不同技术主题法律状态分布和重要申请人及含硼药物临床研发的类别、适应证和研发机构深入分析,以期为用于硼中子俘获治疗的含硼药物的研发提供研究思路.     

基于格子Boltzmann方法的复杂多孔介质内双扩散效应的对流传热传质机理研究

基于TD2G9不可压格子Boltzmnann模型, 通过引入第3个分布函数表征浓度场的演化, 并在标准演化方程后附加源项, 构造了用于模拟多孔介质内在多物理场(浓度场, 温度场)下交叉耦合效应的自然对流传热传质格子Boltzmann模型. 基于非平衡态不可逆热力学的基本原理, 引入Boussinesq假设, 在考虑了耦合扩散效应的基础上建立了可用于描述多物理场耦合效应下的自然对流传热传质的控制方程. 采用提出的格子Boltzmann模型结合多孔介质构造算法从孔隙尺度对规则以及随机多孔介质内双扩散效应的自然对流传热传质过程进行了模拟, 研究了不同瑞利数Ra, 不同孔隙率下的多孔介质内传热传质特征, 考察了温度梯度等因素对多孔介质内传质过程的影响, 创新地从孔隙尺度对多孔介质内的耦合对流扩散过程的传热传质机理进行了研究.     

丰中子锂同位素的Gamow壳模型计算

对丰中子锂同位素~(7～10)Li进行了现实核力Gamow壳模型计算,研究了同位素链接近中子滴线区的弱束缚和非束缚核的性质,并探讨了单粒子能级中能量高于费米面的连续谱对弱束缚核的低激发能级及其衰变性质的影响.本文从现实核力CD-Bonn势出发,在由质子轨道0p_(3/2)0p_(1/2)与中子轨道0p_(3/20)p_(1/2),及p_(1/2)分波中更高能量的连续谱轨道构成的模型空间内开展Gamow壳模型计算,得到同时具有激发能量与能级共振宽度物理意义的复本征能量.计算结果表明,现实核力Gamow壳模型能同时对稳定束缚以及弱束缚的原子核给出准确的激发能级以及高于核子发射阈值的共振能级的共振宽度.在对~(10)Li的计算中,现实核力Gamow壳模型计算证实了连续谱效应在弱、非束缚核能谱中具有重要的影响.另外,对于弱、非束缚核能级的共振宽度,现实核力相比唯象核力在Gamow壳模型计算中能够给出与实验结果更为吻合的结果,说明对于弱、非束缚原子核,基于拟合稳定核性质的相互作用存在一定缺陷,不能准确描述费米面附近高能核子的关联,而使用适当重整化的现实核力可以避免这一问题.     

外电场中分子内电子转移速率常数的研究

电子转移在有机分子及生物体中有重要意义,是目前最活跃的研究领域之一.关于电子转移的速率理论,目前有Marcus的经典模型、对核运动作量子力学处理的量子力学模型,以及忽略核运动隧道效应而考虑非绝热电子态跃迁的半经典模型.在研究对称双势阱结构图1(a)的电子转移时,有适合于弱偶合的半经典动力学模型.而在外电场中,电子转移反应能垒降低,势能面结构不再是对称结构图1(b),这时,基元步骤为放热反应.当外电场达到某一阈值时,反应能垒完全崩溃,变为如图1(c)所示的无能垒结构.在外电场中考察反应的重组能(E_λ),电子转移矩阵元(V_(AB)),活化能及反应速率常数,对分子电子器件等的研究具有重要意义.本文在谐振模型近似下,建议外电场作用下双势阱结构的半经典模型,计算在外电场作用下共线电子转移O_2O_2~-→O_2~-O_2的透热势能面、过渡态结构参数及反应速率常数.     

随机断裂模型对7Li离子致DNA链断裂碎片长度分布的分析

用随机断裂模型分析了重离子电离辐射致质粒DNA双链断裂(dsb)的片段长度分布, 随机断裂模型中的u为平均每个DNA上的双链断裂数, 并可直接由实验得到. 分析表明在低剂量时, 随机断裂模型都不能描述DNA的碎片分布. 在较高剂量时, 随机断裂模型可以较好地符合实验结果, 说明了在较大剂量情况下, 重离子诱发的DNA碎片的长度分布具有随机统计性质.     

大肠杆菌E.Coli B/r和Bs-1生物学一次击中探测器的Thindown效应

Sch(?)fer等人用重离子O～U能量从1.5～19.5 MeV/u轰击E.Coli B/r和Bs-1生物样品,测量了它们的重离子失活截面,观察到了截面随入射离子的能量减小,阻止本领增加而减小的现象,即Thindown现象.最近,Katz和Zachariah所做的10MeV/u由He至Ar的离子对E.Coli作用截面的计算表明,E.Coli是一次击中探测器,报道的是对低原子序数和低LET离子的辐射响应,在这种情况下Thindown现象并不出现.由于E.Coli一类细菌的构造远比哺乳动物细胞简单,所以研究这些细菌的辐射效应显得更有意义.Thindown效应对辐射作用模型研究有重要意义.     

重离子耗散撞同位素产物截面涨落的首次观测

近年来,在重离子耗散碰撞激发函数的测量中发现了一种新的截面涨落结构.一系列的实验已经证实,对于质量数A_1+A_2(?)100的较轻的核反应系统,这一现象具有普遍性,理论工作者也以极大的兴趣发展了好几种模型,解释并拟合了部分实验结果.这种研究提供了探讨双核系统的平均寿命、转动周期以及时间-空间分布性质的新方法.当前,理论与实验研究都十分活跃.最近,我们在北京原子能科学研究院的HI-13串列静电加速器上完成了~(19)F+~(51)V耗散反应类弹产物激发函数的测量,入射能量`从102.25 MeV到109.50MeV,步长250keV,     

核碎裂的标度特性

在一定的条件下,例如通过中高能重离子碰撞,原子核会碎裂成许多轻的核碎片。这种新的反应机制称为核碎裂。同发生临界现象时的宏观系统相类似,核碎裂也显示出标度特性。但这一特性只能部分地被重组聚集模型(RAM)所描述。本文给出了推广的重组聚集模型,并用它很好地复制了乳胶实验测得的核碎裂的标度特性。计算结果表明,当核内沉积的能量约为它束缚能的80—90％(≈6MeV)时,这一临界现象就出现了。     

兰州重离子加速器及热核和远离核实验研究

当代原子核物理的前沿是极端条件下原子核的研究.重离子核物理正沿着能量(激发能、核温度)、同位旋和自旋3个维度及非核自由度不断取得新的进展.与重离子物理的发展相适应,重离子加速器技术正在向更高能量、多种类放射性束和高品质(低能散和低发射度)束流3个方向发展.兰州重离子加速器(HIRFL)是加速低、中能重离子束流的回旋加速器系统(见图1).近年来在HIRFL上进行了炮弹碎裂(PF)型放射性束流线RIBLL和电子回旋共振(ECR)离子源的研制.这是HIRFL最重要的发展升级.利用HIRFL系统和其他实验装置,中国科学院近代物理研究所(IMP)在重离子物理关于热核和远离稳定线原子核前沿领域的实验研究中取得了重要进展.本文以PF型RIBLL和ECR离子源研制为重点,介绍HIRFL的最新发展;综述 HIR-FL上的中能重离子碰撞热核性质研究,包括轻粒子发射时标和发射源时空演化、三和四重碎片发射、复杂碎片发射机制、靶余核质量产额分布和相关衰变机制、热核限制性温度和不稳定核在平面和出平面发射等;本文还讨论近代物理研究所在HIRFL和高压倍加器强中子源及其他实验装置上远离稳定线新核素的合成,及远离核衰变性质和核结构研究的重要进     

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.     

用准经典轨线方法研究O(~1D)+DBr→OD+Br反应的极化分布

运用准经典轨线法结合Peterson从头计算势能面,在碰撞能为0.22eV时对O(1D)+DBr(v=0,j=0)→OD+Br反应进行了细致的立体动力学性质研究.极化微分反应截面(PDDCSs)给出了反应产物的散射方向.反映k与j′两矢量相关的函数P(θr)的分布表明产物分子的转动角动量j′在垂直于反应物相对速度矢量k的方向上有强烈的取向分布;反映k,k′与j′三矢量相关的函数P(θr)的分布表明产物转动角动量j′不仅有沿着y轴的取向效应,还有沿着y轴负方向的定向效应;描述产物转动角动量j′的空间分布函数P(θr,φr)说明反应垂直于散射平面极化.质量因子的不同,使得O(1D)+DBr反应的极化与O(1D)+HBr反应的极化有明显的差异,说明同位素效应比较明显.     

N=100附近同中子偶偶核高-K转动带的组态限制计算

通过基于Skyrme Hartree-Fock(HF)的组态限制推转壳模型方法系统计算了N=100附近同中子原子核的基态带和高-K转动带.采用粒子数守恒(particle-number-conserving,PNC)方法处理对相互作用.计算的基带和边带都很好地描述了实验转动惯量.对~(160)Sm,~(164)Dy,~(166)Er和~(168)Yb同中子核的K~π=6~-转动带,~(168)Er和~(170)Yb的K~π=4~-转动带以及~(170)Er和~(172)Yb的K~π=6~-转动带进行了系统的研究,并对其进行了相应的微观解释.同时,还预言了~(158)Nd和~(162)Gd同中子核的K~π=6~-转动带以及~(160)Nd,~(162)Sm,~(164)Gd和~(166)Dy同中子核的K~π=4~-转动带.深入研究了原子核转动特性,并对将来的实验提供了有用的信息.     

有限容积法与格子Boltzmann方法耦合模拟传热流动问题

自然界和工程领域中的许多物理现象的发生通常涵盖几个数量级的几何空间及时间范围, 我们将其统称为多尺度物理现象. 在模拟多尺度问题时, 如果仅采用宏观方法, 则会存在一些不足, 如无法预知微小部分的细节以及引入复杂的经验关联式; 如果仅采用介观/微观方法, 则需要消耗大量的计算资源. 构造宏观-介观、宏观-微观、宏观-介观-微观等多种层次上方法的耦合体系, 可以在很大程度上克服这些不足. 构造了宏观有限容积法(FVM)与介观格子Boltzmann方法(LBM)的耦合模型(CFVLBM), 给出了由宏观物理量重构密度分布函数和温度分布函数的两个重构算子, 解决了LBM与宏观方法耦合的关键难题. 选取二维、三维典型传热流动问题对耦合模型进行了考核, 计算结果同基准解符合得很好. 最后将CFVLBM应用于计算多孔介质内的复杂流动问题. 研究表明, 基于文中重构算子的CFVLBM可以准确有效地应用于模拟传热流动问题.     

碰撞等离子体中大振幅离子声波的非线性效应

等离子体波振幅足够大时,相干性和非线性效应将起重要作用,不能简单地采用准线性理论。一些电子被波的势阱俘获后,由于波与粒子相互作用,在相速度V_Φ～ω/k附近分布函数将大大畸变,必须用非线性理论来处理。Hasegawa在讨论大振幅等离子体波非线性效应问题时,他假设电子分布函数在捕获区变平,在非捕获区保持平衡分布。Krapcher等由绝热不变量理论讨论大振幅波驱动电流的问题,但讨论限于一维情形,并且未包括耗散效应的影响。夏蒙棼分析了一种随机效应驱动电流的机制,得到钭波振幅要超过某个随机性阈值时才出现这种机制。但对碰撞对捕获电子非线性效应的影响,或耗散效应的研究在国内外都较少讨论。我们利用离子声波漂移不稳定性使离子声波的振幅增长到足够大时也得到了离子声波非线性朗道阻尼的理论与实验相符合的结果。     

用准经典轨线方法研究O(1D)+DBr→OD+Br反应的极化分布

运用准经典轨线法结合Peterson 从头计算势能面, 在碰撞能为0.22 eV 时对O(¹D) +DBr(v=0, j=0) → OD+Br 反应进行了细致的立体动力学性质研究. 极化微分反应截面(PDDCSs)给出了反应产物的散射方向. 反映k 与j′ 两矢量相关的函数P(θ_r)的分布表明产物分子的转动角动量j′在垂直于反应物相对速度矢量k 的方向上有强烈的取向分布; 反映k, k′与j′三矢量相关的函数P(ø_r)的分布表明产物转动角动量j′不仅有沿着y 轴的取向效应,还有沿着y 轴负方向的定向效应; 描述产物转动角动量j′的空间分布函数P(θ_r,ø_r)说明反应垂直于散射平面极化. 质量因子的不同, 使得O(¹D)+DBr 反应的极化与O(¹D)+HBr 反应的极化有明显的差异, 说明同位素效应比较明显.     

Si,S,Ca,Ni同位素中的新幻数

基于Weizsaecker-Skyrme(WS)原子核质量公式,系统研究了Si,S,Ca,Ni同位素链的壳能隙、原子核形变以及电荷均方根半径.WS质量公式的计算结果能够非常好地再现已有的实验数据,对于885个已测原子核电荷半径的rms偏差仅为0.022 fm;对于2353个已测原子核质量的rms偏差仅为298 ke V.除了已知的中子幻数,WS公式还预言N=14,16以及32也可能是幻数.对于中等质量以及重核,基于核质量得到的经验壳能隙能够比较敏锐地给出幻数信息.原子核电荷半径也能给出幻数信息,不过需要大幅度提高电荷半径测量精度并开展丰中子核电荷半径的系统测量.