基于兰州重离子加速器的超重元素合成的理论研究

中科院兰州重离子加速器升级工程已通过验收并初步运行，束流强度有很大提高。该装置的一个重要目标是进行超重核合成的探索，争取合成新元素。本项目拟以量子分子动力学模型、两步模型、双核模型为基础，通过模型间的对比与结合，以期为实验家提供能在兰州重离子加速器上实现的合成新元素的可靠实验参数：最佳的弹靶组合、入射能量和剩余截面。具体地，在复合核理论框架下，将超重核合成看成俘获、复合和蒸发等三个过程。在俘获阶段，通过对Skyrme能量密度泛函方法进行改进，使其给出较为准确的重离子反应的俘获截面；在复合阶段，结合量子分子动力学模型计算复合体系多维势能面，重点发展两步模型和双核模型，经改进后给出较为一致的复合核形成几率。结合统计蒸发模型，系统计算不同弹靶组合的激发函数。本项目预期结果：通过这三个模型的比较和改进，降低计算结果对模型的依赖性，提高预言的可靠性，为兰州重离子加速器提供新元素合成的可能途。

以量子分子动力学模型、两步模型、双核模型为基础，研究了重离子熔合过程中的核-核相互作用势的动力学效应、形变的动力学效应、高阶形变对熔合概率及剩余截面的影响、熔合阻止的形成机制、存在熔合阻止的重离子反应的分布、准裂变机制及碎片质量分布等问题。通过对模型的改进、模型间的熔合以及对熔合过程的实际分析，系统计算了可能合成超重核的反应途径，并提出了描述形成概率的三参数公式。针对合成超重核的最可几方式，项目中涉及的几个模型对大多数反应给出了较为一致的实验参数。鉴于原子核质量的重要性，还尝试了利用径向基函数和G-K关系预言原子核质量的可能性。项目完成了预定目标，并在原计划上有所扩展。几个重要的成果是：(1) 给出了119-122等几个超重元素合成的可能途径。考虑到获得靶核的可能性，对于合成119,可能性较大的是50Ti+249Bk，而合成120号元素则可考虑50Ti+251Cf。(2) 有无熔合阻止的反应得以区分。人们直接从图上即可判断一个反应是否存在熔合阻止。(3) 给出了一个用于计算形成概率的三参数公式，并再现了大多数重离子熔合的实验数据。(4) 重离子核反应过程中的形变随弹靶距离而变化，也随入射能而变化，且高阶形变对剩余截面有相当影响。(5) 借助RBF和G-K关系，很好地给出了原子核的质量，对2149个原子核，理论质量与测量质量的差的方均根在200keV左右。