【摘要】：本論文主要是利用不穩(wěn)定原子核的衰變來研究核物質(zhì)對稱能在飽和密度附近的性質(zhì),包括二階對稱能和四階對稱能以及它們的斜率在飽和密度處的值。對稱能最初是在研究原子核的質(zhì)量和結(jié)合能的液滴模型中引入的一種量子修正能,后來為了系統(tǒng)研究對稱能的物理意義,人們提出了核物質(zhì)的概念,即由質(zhì)子和中子組成的有限核子密度、無限核子數(shù)目的核多體系統(tǒng)。通過對比中子密度與質(zhì)子密度相等的同位旋對稱核物質(zhì)的性質(zhì)和二者密度不相等的同位旋不對稱核物質(zhì)的性質(zhì)可以知道,對稱能表示的是這兩種核物質(zhì)中的平均每核子能量之差,也可以理解為將對稱核物質(zhì)中的質(zhì)子轉(zhuǎn)變成中子所需的能量。對稱能表征的是同位旋不對稱效應(yīng),在核物理和天體物理的許多方面都具有非常重要的作用,例如與原子核的質(zhì)量、遠(yuǎn)離穩(wěn)定線靠近滴線附近的原子核的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、重離子核反應(yīng)的物理機(jī)制、中子星的結(jié)構(gòu)和成分、中子星質(zhì)量和半徑、中子星的冷卻過程等密切相關(guān)。除了上述二階對稱能在天體物理的許多現(xiàn)象中具有非常重要的作用外,四階對稱能也會對中子星的相關(guān)過程產(chǎn)生影響,例如會影響到β型中子星中的質(zhì)子占比、直接烏爾卡過程的臨界密度,從而對中子星的冷卻過程產(chǎn)生影響;還會對中子星的殼的內(nèi)側(cè)邊緣在中子星中的的具體位置、殼與中子星的核心的過渡區(qū)域的轉(zhuǎn)變密度和壓強(qiáng)產(chǎn)生影響,從而影響到中子星的結(jié)構(gòu)。由于核物質(zhì)對稱能在核物理和天體物理都具有非常重要的作用,因此對核物質(zhì)對稱能性質(zhì)的研究具有非常重要的意義。在之前關(guān)于核物質(zhì)對稱能的工作中,大部分都集中在對二階對稱能相關(guān)性質(zhì)的研究上。雖然二階對稱能在飽和密度處的值己經(jīng)被很好地約束在30 MeV左右,但其在飽和密度處的斜率的值還存在很大的不確定性。為了減小斜率值的不確定度,人們在理論和實(shí)驗(yàn)兩個方面都做了非常多的努力。相對于二階對稱能來說,人們很少關(guān)注數(shù)值相對較小的四階對稱能的性質(zhì)。由于四階對稱能在天體物理方面的重要影響,在本論文中也研究了四階對稱能的相關(guān)性質(zhì)。本論文的內(nèi)容主要包括兩個部分。在第一部分中,將核物質(zhì)對稱能的性質(zhì)與不穩(wěn)定原子核的放射性聯(lián)系起來,并利用原子核的質(zhì)子放射性和重離子結(jié)團(tuán)放射性的衰變能和衰變壽命的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提取了二階對稱能和四階對稱能以及它們的斜率在飽和密度處的值。利用得到的結(jié)果,還計(jì)算了二階對稱能在低密pA=0.1 fm-3處的值。在第二部分中,首先基于修正的液滴模型,推導(dǎo)了計(jì)算三種β-衰變能的計(jì)算公式,將衰變能與二階對稱能和四階對稱能緊密聯(lián)系起來。然后利用原子質(zhì)量表給出的三種衰變能的數(shù)據(jù),通過擬合公式不僅得到了二階對稱能系數(shù)的值,也提取了四階對稱能系數(shù)的值。利用得到的相關(guān)結(jié)果,進(jìn)一步約束了二階對稱能的斜率在飽和密度處的值。在第一章中,主要介紹了不穩(wěn)定原子核衰變和核物質(zhì)對稱能的研究背景。首先簡要回顧了不穩(wěn)定原子核衰變的發(fā)現(xiàn)歷史,并簡要介紹了研究原子核衰變的不同模型;接著介紹了對稱能概念在原子核結(jié)合能相關(guān)研究中提出的歷史背景,并介紹了利用有限核的性質(zhì)研究對稱能的現(xiàn)狀;然后給出了無限大核物質(zhì)中的對稱能的定義,并介紹了核物質(zhì)對稱能的研究現(xiàn)狀以及研究核物質(zhì)對稱能的不同模型和方法;最后介紹了本論文的主要內(nèi)容和相關(guān)的內(nèi)容安排。在第二章中,我們首先給出了核物質(zhì)對稱能的相關(guān)性質(zhì)與核子單粒子勢之間關(guān)系的詳細(xì)推導(dǎo)過程;接著詳細(xì)介紹了研究不穩(wěn)定原子核衰變的密度依賴的結(jié)團(tuán)模型和考慮剩余子核形變效應(yīng)的形變的密度依賴的結(jié)團(tuán)模型;然后利用密度依賴的結(jié)團(tuán)模型研究了不同外部環(huán)境下電子屏蔽效應(yīng)對原子核α衰變壽命的影響;接著詳細(xì)介紹了如何通過核子單粒子勢的關(guān)系將核物質(zhì)對稱能與不穩(wěn)定原子核的衰變聯(lián)系起來,并給出了利用密度依賴的結(jié)團(tuán)模型研究質(zhì)子放射性和結(jié)團(tuán)放射性的結(jié)果和利用兩種放射性的性質(zhì)對二階對稱能和四階對稱能以及它們的斜率在飽和密度處值的約束結(jié)果;最后對本章內(nèi)容做一個總結(jié)。在第三章中,首先介紹了修正的Weizsacker-Bethe液滴模型質(zhì)量公式;接著利用此公式詳細(xì)推導(dǎo)了三種β-衰變能Q(ββ-)、Q(2β-)、Q(4β-)的計(jì)算公式,并介紹了選取這三種β-衰變能作為研究對象而不是直接選取原子核質(zhì)量或者結(jié)合能作為研究對象的原因;然后利用原子質(zhì)量表給出的三種β-衰變能數(shù)據(jù)進(jìn)行公式擬合,提取了二階對稱能和四階對稱能系數(shù)的值,并對三種β-衰變能提取的結(jié)果進(jìn)行了對比和分析;利用得到的二階對稱能的相關(guān)結(jié)果,進(jìn)一步計(jì)算了其斜率在飽和密度處的值;最后是對本章內(nèi)容做一個總結(jié)。在第四章中,對本論文的研究內(nèi)容做了系統(tǒng)的總結(jié);同時也對在研究過程中遇到的問題進(jìn)行了分析和討論;最后對未來的相關(guān)研究進(jìn)行了合理的展望。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O571.3
【圖文】：

原子核的Ｑ衰變半衰期乃／２與ａ粒子的能量Ｅ的關(guān)／２為標(biāo)度，縱坐標(biāo)以ｉ0ｇｒ１／２為標(biāo)度。從圖中可以看驗(yàn)點(diǎn)基本都在同一條直線上，與蓋革－努塔爾定律相和努塔爾（Ｊ．Ｍ．Ｎｕｔｔａｌｌ）將其總結(jié)為如下經(jīng)驗(yàn)規(guī)律［５Ａ邋＝邋ａｉ？５７＇５，變常量，與半衰期之間的關(guān)系為Ｔ１／２邋＝邋￥。為ａ是一個比例系數(shù)，對于同一天然放射系而言是一常量更為精確的實(shí)驗(yàn)材料，發(fā)現(xiàn)衰變常量不僅和衰變能序數(shù)有關(guān)。通常，人們將原子核衰變的半衰期和衰ｉ0ｇｒ１／２邋＝邋ａｅ￣１／２邋＋邋ｂ．

的虛線表示ｉＶ邋＝邋Ｚ線。圖中不同顏色的點(diǎn)表示此顏色對應(yīng)的衰變模式是相應(yīng)原逡逑子核的主要衰變模式。本圖取自文獻(xiàn)［１０］。逡逑主的原子核主要集中在重核和超重核區(qū)域。對于某些原子核，比如圖１．２中靠逡逑近原子核分布圖上邊緣的原子核，核內(nèi)的中子數(shù)相對質(zhì)子數(shù)的比值偏小，稱之逡逑為缺中子核素或者豐質(zhì)子核素。這類原子核最后一個質(zhì)子的結(jié)合能有可能為負(fù)逡逑值，原子核的穩(wěn)定性遠(yuǎn)低于結(jié)合能為正值的原子核，因此它們可能自發(fā)地發(fā)射逡逑出質(zhì)子。通常將原子核自發(fā)發(fā)射出質(zhì)子的現(xiàn)象稱之為質(zhì)子放射性。質(zhì)子放射性逡逑的物理機(jī)制與ａ衰變類似，都是由于庫侖勢壘的阻擋而產(chǎn)生的量子隧穿效應(yīng)，逡逑也可以利用量子力學(xué)計(jì)算出質(zhì)子穿透勢壘的概率，相應(yīng)的原子核也具有一定的逡逑半衰期［１１－１８］。逡逑１９７０年，人們第一次在實(shí)驗(yàn)上觀測到原子核直接發(fā)射出質(zhì)子的現(xiàn)象［１９］。逡逑此次質(zhì)子放射性現(xiàn)象是利用３５邋ＭｅＶ的質(zhì)子去轟擊５４Ｆｅ，從而生成５３Ｃｏ的同質(zhì)逡逑異能態(tài)５３ｍＣ0。該核素是一個質(zhì)子直接發(fā)射體，在放出一個能量為１．５９邋ＭｅＶ的逡逑質(zhì)子后衰變到５２Ｆｅ的基態(tài)

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