近库仑势垒能区重离子熔合的全反应道研究

Fusion reactions with heavy-ions at energies around the Coulomb barrier concern the basic quantum mechanisms of many-particle barrier penetration and multi-reaction-channels couplings. In recent years, two questions related to the fusion reaction become hot topics in research: 1) coupled-channels effects of neutron transfers with positive Q-values; and 2) breakups and subsequent strong-couplings effects of weakly-bound nuclei. This project proposes to study these two questions from the full-reaction-channels point of view: 1) utilize a heavy-ion time-of-flight magnetic spectrometer to measure multi-nucleon transfer reactions, comprehensively investigate the influences of coupled-channels effects of transfer reactions, combining with elastic scattering and inelastic excitations, on the fusion reactions; 2) construct a large-solid-angle covered silicon-strip detector array to achieve complete-kinematic measurements of full-reaction-channels for weakly-bound-nuclei system, identify different reaction processes, especially transfers and breakups, via kinematic reconstruction, intensively study the influences of breakup mechanisms and strong couplings of continuum state on the fusion reactions. Through this project, further make clear the coupling effects of multi-reaction-channels in the energy region around the Coulomb barrier, promote the developments of the coupled-channels theory and the continuum-couplings model, and deeply understand the quantum phenomenon of many-particle tunneling.

近库仑势垒能区重离子熔合反应涉及到多粒子的势垒隧穿和多反应道的耦合等基本的量子机制。近年来，两个与熔合反应相关的问题成为了研究热点：1）正Q值中子转移的耦合道效应；2）弱束缚核的破裂及其连续态强耦合效应。本项目提出从全反应道的角度对这两个问题开展研究：1）利用重离子飞行时间谱仪进行多核子转移反应的测量，结合弹性散射和非弹激发等过程，全面调查转移反应的耦合道效应对熔合反应的影响；2）研制大立体角覆盖的硅条探测器阵列，实现弱束缚核体系完全运动学的全反应道测量，通过运动学重构鉴别各种反应过程，特别是转移和破裂，深入研究破裂机制和连续态的强耦合效应对熔合反应的影响。通过该项目，进一步弄清近库仑势垒能区多反应道的耦合机制，推动耦合道理论和连续态耦合模型的发展，深刻理解多粒子势垒隧穿的量子现象。

近库仑势垒能区重离子熔合反应涉及多粒子势垒隧穿和多反应道耦合这两个基本的量子机制。针对正Q值中子转移的耦合道效应、弱束缚核的破裂及其连续态强耦合效应等关键问题，本项目从全反应道的角度开展了深入的研究，主要有：1）自主研发了双面硅条探测器和集成电荷灵敏前放，研制了2套大立体角覆盖的硅条探测器阵列用于运动学完全测量，建设了重离子飞行时间谱仪并升级了核反应实验终端；2）开展了32,34S+112,116,120,124Sn体系熔合激发函数和转移角分布的测量，用完全耦合道模型调查了耦合道效应，结果表明垒下熔合截面的增强主要来源于集体激发的耦合，转移反应的贡献较小且与Q值关系不明显；3）开展了弱束缚核6,7Li+209Bi体系破裂机制的研究，给出不同破裂道（α+α, α+t, α+d, α+p）和不同破裂模式（延迟破裂和瞬时破裂）的分支比，填补了垒上能区破裂数据的缺失；4）开展了奇特核17F, 7Be, 8B与不同靶核的反应机制研究，首次获得带电粒子全反应道的数据，包括准弹、转移/破裂、熔合以及破裂子体之间的关联，结果表明：对于17F+58Ni体系，非弹性破裂为主，垒下熔合增强来源于连续态耦合；对于8B+120Sn体系，弹性破裂为主，能量关联和角关联显示其非共振瞬时破裂的机制；5）利用转移反应方法抽取了双中子晕核6He+64Zn,209Bi体系的光学势，发现色散关系不能描述实部与虚部之间的行为，结合贝叶斯方法开展了不确定分析，确证了该异常现象，这可能对多个学科产生广泛的影响。. 本项目为理论研究提供了丰富的实验素材，推动了熔合反应的耦合道理论、弱束缚核的破裂与连续态耦合理论的发展。共发表论文43篇，包括2篇Phys. Rev. Lett.、4篇Phys. Lett. B和14篇Phys. Rev. C等高质量文章，产生了良好的学术影响。