电子和原子核散射研究原子核结构

本文综述了近年来我们组利用电子散射结合相对论平均场模型对奇特核结构的研究.我们发展了相对论平均场框架下的磁电子散射方法,并用其研究一些中子晕及质子晕核的基态组态,例如,23O,17,29C和23Al.研究发现,原子核不同组态的弹性磁形状因子彼此差别很大.其次,我们发展了相对论平均场框架下的弹性库伦电子散射方法,并用该方法研究了奇特核的电荷分布.研究发现,丰质子核中扩展的电荷密度分布可以通过库伦电子散射来测量.这种方法还被进一步推广用于计算弹性宇称不守恒电子散射,研究了一些典型原子核的中子密度分布,例如,Ca同位素链,N=50同中子素链以及N=Z的双幻核.结果表明,宇称不守恒非对称度的振幅主要由质子和中子形状因子极小值之间的距离决定.这些结果为下一代电子-核对撞机上的电子散射实验提供了有用的参考.     

基于相对论Hartree-Fock理论的原子核壳结构性质研究

一直以来,原子核壳结构是原子核物理研究的重点关注内容。特别是随着近年来新一代放射性核束装置和探测技术的蓬勃发展,丰中子原子核中新的壳结构及其演化与形成机制等成为核物理关注的热点之一。在基于核力介子交换图像建立的相对论Hartree-Fock 理论框架下,本工作以Ca同位素、双幻核 208Pb、超重核以及极端丰中子核为例,综述丰中子原子核中新的壳结构形成机制,高角动量态赝自旋对称性恢复与介质中核力吸引-排斥平衡,赝自旋对称性恢复/破缺与原子核壳结构、新奇现象等研究工作,并着重关注了与原子核新壳结构形成、赝自旋对称性恢复以及新奇现象等密切相关的交换(Fock)项效应。     

最初的电子-原子散射实验为何未能得到有关原子核式结构的信息

 现代物理学的一个重要里程碑无疑是通过α粒子散射实验所建立起的原子的核式结构。这一发现不仅导致了我们对于微观物质世界的看法的革命性的改变,同时也为早期量子论的建立奠定了坚实的基础。特别是核物质以高密度的形态集中于很小的空间,即原子核的实验证据,更成为了随后的关于强相互作用问题研究的出发点。在随后的约一个世纪,有关核物质的研究丰富了我们对于物质世界的认识,并最终导致了量子色动力学(QCD)的发现。然而,由于α粒子散射的结果首先是卢瑟福(E.Rutherford)在经典力学的框架下给出的解释,这一准经典的过程对早期量子物理发展的影响更多地是在玻尔(Bohr)的氢原子光谱理论中被提及。     

水雾包裹沙尘颗粒核壳结构的散射特性研究

基于离散偶极子近似法(DDA),对水雾包裹沙尘颗粒的核壳结构光学特性进行研究,计算了长短轴比例为2∶1的椭球形粒子的核壳结构内、外层厚度及散射角度变化对光散射特性的影响。结果表明,内核大小不变,外层厚度由1.2 μm增大到4.8 μm,核壳双层颗粒散射系数和消光系数由3.4和3.43降低到2.543和2.545,且散射相对强度也明显增大。外层厚度不变,内核厚度由0.6 μm增加到2.4 μm,散射系数和消光系数由3.105和3.111变化为2.76和2.9;可见外层厚度对核壳双层颗粒散射特性的影响更大,这是由于散射光主要与外层物质相互作用引起的。散射相对强度随波长的增加而降低,随核壳结构尺度的增加呈现递增的规律。该结果对大气中气溶胶和水雾共同作用时的散射特性,激光在其中的传输特性等研究有参考价值。     

库仑程函近似下扭曲因子对散射振幅的影响

在库仑程函近似框架下,引进实参量积分,将能壳上跃迁矩阵元分为靶的结构因子和弹的扭曲因子,导出了非分波扭曲因子的主项表达式和结构因子解析表达式,分析了扭曲因子对电子与类氢离子的非弹性散射角分布的影响 关键词： 库仑程函近似 散射矩阵元 扭曲因子     

煤烟聚集粒子的光散射特性研究(英文)

基于分形理论,用计算机模拟了由球形基本粒子构成的煤烟聚集粒子。利用离散偶极子近似方法(Discrete Dipole Approximation)研究了煤烟聚集粒子的散射特性,讨论了分形煤烟聚集粒子的散射强度随煤烟聚集粒子的分形结构、大小、相对折射率及入射波波长变化情况。     

原子核结构研究的一些进展

简述在最近几年中原子核结构研究中的一些新的进展.原子核的超对称性在1980年提出,1999年在奇奇核中得到检验.在原子核结构的代数模型中,玻色子模型中的弱集体性困难最近得到解决,在八极振动中,代数模型给出了大量的电磁跃迁的解析表达式,对于实验研究十分方便,¹⁵⁸Gd是目前最好的八极振动核.在原子核的壳模型中蒙特卡罗壳模型,投影壳模型有较大进展.最后对今后原子核结构的发展作出展望.     

原子核结构的相对论平均场描述

简要评述近几年相对论平均场理论的发展及其在核结构研究中取得的部分进展. 主要内容包括中子晕, 质子晕, 巨晕, 激发态晕等奇特核现象, 超重核结构, 超核结构以及原子核的赝自旋对称性和反核子谱的自旋对称性等.     

低能电子被水分子散射总截面的计算

基于固定核近似原理,利用R矩阵方法和分子的R矩阵程序计算了在4-20 eV能量范围内电子被水分子弹性散射的总碰撞截面,同时讨论了R矩阵半径的取值对总截面的影响.并将结果与实验值及其它理论计算作了比较,结果显示这种计算方法对于电子分子碰撞是很有效的.     

香港大学在束伽玛谱学研究与新一代伽玛探测器阵列(英文)

探索原子核的壳层演化,验证奇特核的幻数结构是香港大学核物理研究的重要方向。目前,科研团队利用在束伽玛谱学技术已经研究了30Ne的N=20幻数消失和78Ni（Z=28,N=50）附近原子核的双幻数结构,而即将开展的53,56Ca在束伽玛谱学实验会对新幻数N=34的定量研究,以及到N=40核的壳层演化提供重要的数据。下一步的研究目标是探索100Sn（N=Z=50）的奇特结构,特别是研究它的第一个2+激发态与其邻近原子核的低激发态性质。100Sn处于质子滴线以及核天体快质子俘获路径上,因此,它的幻数结构及其临近原子核单粒子性能研究将会极大增强对核力和核合成机制的认识。为了进一步提高物理实验统计,香港大学在数量上增加了30% NaI（Tl）晶体从而全面升级了DALI2伽玛探测阵列。此外,为了探索远离稳定线核区的新物理,开展更高精度在束伽玛谱学实验,香港大学与中国科学院近代物理研究所、中国原子能科学研究院计划合作研制基于溴化镧晶体的新一代伽玛探测器阵列。这套阵列主要在兰州重离子加速器（HIRFL）和将来建成的强流重离子加速器（HIAF）等大科学装置上开展实验,从而在奇特核研究方面取得大量重要的成果,促进科研人员全面认识、理解核力以及天体核合成过程。Exploring the evolution of shell closures and examining the magicity of extremely exotic nuclei are the main research interests of HKU (University of Hong Kong) experimental nuclear physics group. The group has employed in-beam gamma-ray spectroscopy technique to investigate the vanishing of N=20 magicity in 30Ne (N=20) and the strong magicity in nuclei around 78Ni (Z=28, N=50). The approved future's experiment on spectroscopy of 53,56Ca, proposed by HKU, will give quantitative information for the "magic index" of N=34 and shell evolution toward N=40. The next goal is to investigate the structure of 100Sn (N=Z=50), particularly the energy of the first 2+ state, and the low-lying states in the neighboring nuclei. 100Sn lies on the proton drip-line and on the astrophysical rp-process path. Characterizing the magicity of 100Sn and the nature of single-particle states in its neighboring nuclei is therefore essential to the fundamental understanding of nuclear forces and nucleo-synthesis. To significantly increase the data statistics for our physics goals, HKU group has prepared the upgrade of gamma-ray spectrometer DALI2 with 30% more NaI(Tl) detectors integrated into a new array configuration. On the other hand, next significant insights into the structure of nuclei would require new gamma-ray detection array capable for higher precision gamma-ray spectroscopy. HKU group in collaboration with IMP and CIAE therefore proposes to construct a new-generation gamma-ray detection array based on the novel scintillator LaBr₃(Ce) to explore the new physics in nuclei far from the valley of stability. Utilizing the radioactive beams at the Chinese large-scale facilities such as the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL) in IMP and the future's High Intensity heavy-ion Accelerator Facility (HIAF), this novel LaBr₃(Ce) array would lead to a significant boost to the frontiers of exotic-nuclei research, which will guide scientists towards the comprehensive and even beyond-traditional understanding of nuclear forces and nucleosynthesis.     

电子-正电子散射与电子-电子散射的极化效应

计算了电子-正电子散射的16种极化散射截面.根据角分布的特征,它们可以分为三大类,其前向奇性分别是sin~(-4)(θ/2)、sin~(-2)(θ/2)和1.也计算了电子-电子散射的16种极化散射截面,它们既可以按前向奇性分为三大类,也可以按后向奇性分为三大类.三类奇性的特征与电子-正电子散射类似.对于三类奇性的出现给出了直观的物理说明.     

现代应用物理系的原子核结构实验研究简介

对近年来清华大学现代应用物理系开展的原子核结构实验研究的情况作了介绍,着重对所研究过的核高自旋态（包括个别核的低自旋态）结构特性进行了简述．The experimental research on nuclear structure in Department of Modern Applied Physics, Tsinghua University has been summarized. The main research results in high spin states of nuclear structure, as well as some low spin states, have been reported.     

ZnS(111)表面电子结构研究

利用Ｍｕｆｉｎ-Ｔｉｎ轨道线性组合（ＬＭＴＯ）法，采用ｓｌａｂ模型计算了半导体ＺｎＳ（１１１）表面的电子结构，给出了总体、局域及分波态密度，分析了两种ｓｌａｂ模型的表面稳定性和表面态．理论态密度曲线与ＺｎＳ（１１１）表面同步辐射光电子能谱相符合     

电子—原子,分子散射过程中的势模型

总结讨论了反映电子－原子散射过程中交换、关联极化、吸收（非弹性散射）和相对论效应的势模型及其在电子被原子、分子散射截面计算中的应用     

致密天体中电子气体对原子核结构的影响

运用相对论平均场理论结合Wigner-Seitz近似,研究了致密物质中电子气体对⁵⁶Fe和¹²⁰Sr结构的影响,对关联的处理采用Bardeen-Cooper-Schrieffer方法.结果表明电子气体对单粒子能级、核子密度分布、核子分布均方根半径、原子核均方根半径等性质都有影响,并且对质子的影响大于对中子的影响. 关键词： 相对论平均场理论 Wigner-Seitz近似 单粒子能级 均方根半径     

运用R矩阵方法研究低能电子与NO_2分子的散射

基于静电-交换和密耦合两种模型,采用R矩阵方法,研究了低能电子与二氧化氮自由基分子的积分散射截面和动量迁移散射截面,包括弹性散射和从电子基态到电子激发态的非弹性散射.采用aug-cc-pVTZ基组进行靶分子结构优化和散射研究.在密耦合模型中,包含6个电子的最低三个占据轨道1b_2,1a_1,2a_1被冻结,其余17个电子自由运动在活化空间中,并给活化空间增加了2b_1和7a_1两个虚轨道.包含了所有垂直激发能小于20 eV的靶分子电子组态,得到了收敛的散射截面,并与最新理论和实验值进行了比较.当入射能量小于4 eV时,本文结果与实验值符合得更好,校正了以往部分理论结果在极低能量处过高的现象,表明关联效应对于极低能量散射是非常重要的.     

原子核的大质量转移反应和丰中子超重核的产生(英文)

迄今为止,人们合成的超重核都是缺中子的,无论是熔合-裂变反应还是碎化过程都无法使产物达到周期表的“东北区域”。而重核之间(如U核之间) 的近垒大质量转移反应则可能是目前生成丰中子超重核和达到未知丰中子重核区域的唯一途径。在改进的量子分子动力学(ImQMD) 模型结合统计模型框架内,研究了U+U等反应体系的大质量转移反应,计算了反应产生的初生态碎片的质量和电荷分布,并成功再现了产物的终态质量和电荷分布。通过比较3 个反应136Xe+248Cm,48Ca+248Cm和238U+248Cm 产生的106号元素的截面大小,揭示了U+U等重核大质量转移反应对产生丰中子超重核是非常有利的。For elements with Z > 100 only neutron deficient isotopes have been synthesized so far. The “northeast area” of the nuclear map can be reached neither in fusion-fission reactions nor in fragmentation processes.The large mass transfer reactions in near barrier collisions of heavy (U-like) ions seem to be the only reaction mechanism allowing us to produce neutron rich heavy nuclei including those located at the superheavy(SH) island of stability and unexplored area of heavy neutron-rich nuclides. This study is extremely important for nuclear astrophysical investigations and, in particular, for the understanding of the r process. In this paper within the Improved Quantum Molecular Dynamics (ImQMD) model combining with the statistical-evaporation model, the large mass transfer reactions, like 238U+238U have been studied. The charge and mass distributions of transiently formed primary fragments are investigated within the ImQMD model and de-excitation processes of those primary fragments are described by the statistical decay model. The mass distribution of the final products in 238U+238U collisions is obtained and compared with the recent experimental data. Through compared the formation cross sections of transfermium element 106 by three reactions of 136Xe+248Cm, 48Ca+248Cm and 238U+248Cm, it is explored that the large mass transfer reactions, like U+U are very benefit for the production of SH nuclei.