基于重离子融合反应的超重核合成机制研究

探索原子核的电荷和质量极限，合成长寿命超重元素是近40年来物理学家以及化学家非常关心的问题。本项目拟进行超重核结构与合成机制研究。（1）利用相对论平均场模型研究超重核结构，包括：超重岛位置，超重核的基态性质、单粒子能级及壳层结构、裂变位垒、alpha衰变能等。（2）配合兰州大科学装置，系统研究利用重离子熔合反应合成超重核的途径：探索可用的弹-靶组合，计算最佳入射能和反应截面等；结合已有实验数据，系统研究蒸发剩余截面。（3）改进双核模型：进一步研究核子跃迁几率和记忆时间的微观基础、熔合与准裂变过程对中子和质子数的依赖、集团转移效应、存活几率及计算存活几率所需要的物理量如裂变位垒、壳和对效应、能级密度等。（4）研究超重核合成机制：结合国内外相关实验，深入研究重离子熔合蒸发反应的每一个过程，以加深对超重核合成机制的了解，探索合成超重核的新机制。

探索原子核的电荷和质量极限，合成长寿命超重元素是当前重要的前沿科学领域。本项目研究了超重原子核的结构与合成机制。在原子核结构方面，1）发展了多维形变约束的协变密度泛函理论，同时包含三轴形变与反射不对称形变等形状自由度；利用该理论，研究了锕系原子核的形状势能面及裂变位垒，发现三轴形变在反射不对称形变的基础上使外垒高度降低约0.5到1 MeV，这样得到的裂变位垒高度与经验值更符合；利用该理论，研究了中子数为150同中子素中的非轴对称-八极（Y32）关联以及超子对原子核形状的影响；2）基于推转壳模型，利用粒子数守恒方法处理对关联，系统研究了质子数为100附近的超镄原子核转动谱：通过拟合这个核区奇质量核的单粒子谱，提出一组轨道角动量相关的Nilsson哈密顿量新参数；利用这组新参数组，很好地重现了实验上观测到的奇质量核、偶偶核、奇奇核的转动惯量以及奇质量核的单准粒子带的带头能量；通过分析费米面附近轨道的占据几率以及各个壳的轨道对角动量顺排的贡献，很好地解释了这个质量区原子核转动谱中的回弯机制。在原子核衰变方面，1）提出了一个描述位垒穿透概率的新公式，可以更好地考虑长程库仑相互作用对位垒穿透的影响；2）利用该公式，系统研究了原子核的阿尔法衰变，得到的衰变寿命与实验符合。在超重核合成机制方面，系统研究了利用重离子熔合反应合成超重核的三步过程：1）通过引入位垒分布等效地考虑耦合道效应，系统研究了重离子熔合反应的俘获过程；2）针对熔合过程，在深入考察重离子熔合过程中能量耗散、角动量耗散、弹核与靶核的形状演化以及这些因素对核子转移过程影响的基础上，发展了一个基于包含弹靶动力学形变的驱动势的双核模型；利用该模型，系统研究了合成超重核的热熔合反应，得到的蒸发剩余截面与实验很好符合，并预言了合成119、120号超重元素的截面；3）针对存活过程，系统研究了激发态超重复合核的稳定性和存活几率，发现超重核处于激发态的存活几率与基态的稳定性一致。在理论与实验结合方面，参与了兰州重离子加速器国家实验室的合成110号超重核实验。本项目共发表论文26篇，培养硕士生1名、博士生3名和博士后1名。项目负责人获得胡济民教育科学奖。项目负责人和成员多次在国际会议上报告本项目的成果。