【摘要】：原子核結(jié)構(gòu)是原子核物理學(xué)的一個(gè)重要領(lǐng)域,主要研究原子核基態(tài)和低激發(fā)態(tài)的能譜、電磁躍遷和衰變(如α衰變、β衰變和奇異衰變)等性質(zhì)。本文主要研究原子核結(jié)構(gòu)兩方面的問題:一方面是對原子核結(jié)構(gòu)中系統(tǒng)規(guī)律的研究,包括對原子核質(zhì)量、α衰變能和電荷半徑的描述及預(yù)言;另一方面是對原子核殼模型的理論研究,包括殼模型的一個(gè)基礎(chǔ)性問題(單軌道上的全同粒子給定總角動(dòng)量的組態(tài)空間維數(shù))和在殼模型的配對近似理論框架下研究N=80的原子核的低激發(fā)態(tài)。核質(zhì)量(或結(jié)合能)是原子核的一個(gè)基本物理量,對核質(zhì)量的理論與實(shí)驗(yàn)研究是原子核物理以及核天體物理的一個(gè)重要問題。截止到2016年實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)合成了3000多種核素,其中測得質(zhì)量的原子核大約有2500個(gè)。根據(jù)理論研究,自然界處于束縛態(tài)的核素種類有8000到10000個(gè),因此許多核素的質(zhì)量都是未知的。宇宙中重元素的合成過程是當(dāng)代物理學(xué)研究的重要問題(被列為“物理學(xué)11個(gè)未解之謎”之一),而在合成重元素的核反應(yīng)路徑中起重要作用的許多豐中子核的質(zhì)量在短期內(nèi)還無法測量,只能依賴?yán)碚摰念A(yù)言。對這些未知原子核質(zhì)量的研究不僅可以大幅拓展核素版圖,對我們理解強(qiáng)相互作用下的多體問題也具有十分重要的意義。因此,原子核質(zhì)量的描述和預(yù)言是當(dāng)今受到重視的前沿課題�，F(xiàn)有的原子核質(zhì)量的理論工作一般分為兩類:全局型(global)和局域型(local)。在本文中我們推廣了Garvey-Kelson局域質(zhì)量關(guān)系,研究了這些關(guān)系的系統(tǒng)偏差,得到了這些質(zhì)量關(guān)系在中重原子核質(zhì)量區(qū)的最佳外推路徑;對于輕核質(zhì)量區(qū),我們研究了鏡像核之間的質(zhì)量差與庫侖能之間的關(guān)系,并由此預(yù)言了部分豐質(zhì)子核的質(zhì)量;基于Garvey-Kelson質(zhì)量關(guān)系的系統(tǒng)偏差,我們進(jìn)一步構(gòu)造了原子核α衰變能的局域關(guān)系式,并預(yù)言了部分重核和超重核的α衰變能;作為這些局域關(guān)系式的一個(gè)副產(chǎn)品,我們研究了電荷半徑局域關(guān)系的預(yù)言能力,為判斷原子核是否具有質(zhì)子暈結(jié)構(gòu)提供了新的途徑。利用殼模型研究原子核的低激發(fā)態(tài)是原子核結(jié)構(gòu)理論中的一個(gè)核心問題。本文研究了原子核殼模型理論的兩個(gè)問題。第一個(gè)問題是關(guān)于殼模型組態(tài)空間的維數(shù)。殼模型的哈密頓量具有轉(zhuǎn)動(dòng)不變性,因此原子核的狀態(tài)具有確定的總角動(dòng)量。構(gòu)造具有給定總角動(dòng)量(自旋)的、線性獨(dú)立的多粒子態(tài)是殼模型理論的一個(gè)基礎(chǔ)性問題,一般需要事先知道組態(tài)空間的維數(shù)。然而組態(tài)空間的維數(shù)問題是一個(gè)復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題;傳統(tǒng)上很難構(gòu)造維數(shù)的遞推公式。在本文中我們首次構(gòu)造并證明了n個(gè)全同粒子和n-1個(gè)全同粒子的給定總自旋的單軌道組態(tài)維數(shù)之間的遞推公式,并利用遞推公式直接得到了3個(gè)和5個(gè)全同粒子的維數(shù)的解析表達(dá)式。第二個(gè)問題是關(guān)于原子核低激發(fā)態(tài)的配對近似理論研究。中重核的殼模型組態(tài)空間非常大,因此空間截?cái)啾夭豢缮�。利用集體配對的殼模型配對近似是一種自然而高效的空間截?cái)嗤緩健Ｔ诒疚闹形覀兓谂鋵评碚撗芯苛速|(zhì)量數(shù)在130附近的N=80的同中子異核素。這個(gè)區(qū)域的許多原子核會(huì)出現(xiàn)自旋I=6-10時(shí)所謂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量回彎、低激發(fā)態(tài)中的γ不穩(wěn)定等現(xiàn)象,因此近二十年來有許多相關(guān)的理論和實(shí)驗(yàn)研究。只考慮S對和D對(自旋為0和2)的殼模型配對近似合理地描述了該區(qū)域內(nèi)中子數(shù)從72到80的偶偶核,包括它們的基態(tài)、2~+和4~+的暈態(tài)以及一些非暈態(tài)。在本文中我們考慮SD配對和一些高自旋集體配對、中子自旋為10的非集體配對;為了研究負(fù)宇稱態(tài),我們還考慮了負(fù)宇稱的中子集體配對。我們計(jì)算了這些原子核低激發(fā)態(tài)的能級(jí),并對部分狀態(tài)的波函數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。研究表明~(132)Te和~(134)Xe中的4~+和6~+暈態(tài)以質(zhì)子激發(fā)為主,而8~+和10~+暈態(tài)以中子激發(fā)為主;對于負(fù)宇稱態(tài),~(132)Te、~(134)Xe、~(136)Ba和~(138)Ce的4_1~-到7_1~-態(tài)都以中子配對激發(fā)為主。我們還預(yù)言了這些原子核部分低激發(fā)態(tài)的B(E2)電磁躍遷和g因子。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O571
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本文編號(hào)：2709749