超重原子核与新元素研究

当前,原子核物理研究的一个重要前沿是探索原子核的电荷与质量极限,研究超重原子核与超重元素的性质,以及合成超重原子核。20世纪60年代,基于量子壳效应,理论预言质子数为114、中子数为184的原子核及其相邻核具有较长的寿命,甚至可能是稳定的,形成一个超重稳定岛。这个理论预言促进了重离子加速器及相关探测设备的建造,推动了重离子物理的发展。到目前,已经合成到了118号元素,填满了元素周期表的第7行。然而,合成更重的超重元素或包含更多中子的超重原子核面临着很多挑战,需要理论与实验密切结合,探索超重原子核的性质与合成机制,以登上超重稳定岛。文章概要评述超重原子核与新元素研究。首先介绍超重原子核与超重元素研究的背景及理论预言,包括超重核存在的根源、理论预言的概况等。之后简要给出实验合成超重核取得的主要进展和新元素命名情况。关于合成更重的超重元素面临的挑战,文章将针对利用重离子熔合蒸发反应合成超重核的截面低、所合成的超重核缺中子等情况展开讨论。最后评述近年来超重原子核结构性质、衰变、裂变与合成机制等方面的理论研究进展,包括超重核区的幻数和超重岛的位置,超重核的稳定性,利用重离子熔合蒸发反应合成超重核的三步过程及其复杂性,利用多核子转移合成超重核的探索,等等。The exploration of charge and mass limits of atomic nuclei and the synthesis of long-lived or stable superheavy nuclei (SHN) are at the frontier of modern nuclear physics. In the 1960s, based on the stability originating from quantum shell effects, the possible existence of an island of stability around 298114 was predicted. This prediction advanced the construction of heavy ion accelerators and detectors and the development of heavy ion physics. So far, superheavy elements (SHE) with Z up to 118 have been synthesized via heavy ion fusion reactions in laboratories. Recently the IUPAC/IUPAP Joint Working Party (JWP) concluded that criteria for the discovery of new elements have been met for those with Z=113, 115, 117 and 118. Therefore the seventh period of the periodic table of elements is completed. To synthesize even heavier elements or more neutron-rich SHN by using heavy ion fusion reactions, one confronts many challenges. More efforts should be made to study the properties of SHN both experimentally and theoretically. In this short review on the study on SHN and SHE, we will first introduce the background and theoretical predictions of SHN, including the origin of the possible existence of SHN and the predicted island of stability of SHN, etc. Then we will present progresses made up to now concerning the synthesis of SHN and the naming of the four new elements. As for the challenges nuclear physicists confront in synthesizing even heavier SHEs, we will detail those connected with heavy ion fusion-evaporation reactions, namely, the tiny cross sections to produce SHN and the fact that only neutron-deficient SHNs can be synthesized. Finally we will discuss some theoretical progresses on the study of SHN, including the structure of SHN and proton and neutron magic numbers after 208Pb, the stability and the synthesis mechanism of SHN as well as what we should focus on in the future.     

超重元素(新核素)合成研究进展情况分析和展望

本文在介绍和分析国际、国内在超重元素（新核素）合成实验研究与理论研究进展情况的基础上对我国今后如何从理论与实验的结合上开展超重元素（核）合成研究工作提出一些看法和建议，提供讨论。     

超重元素(新核素)合成研究进展情况分析和展望

本文在介绍和分析国际、国内在超重元素 (新核素 )合成实验研究与理论研究进展情况的基础上对我国今后如何从理论与实验的结合上开展超重元素 (核 )合成研究工作提出一些看法和建议 ,提供讨论     

合成和发现超铀化学元素、探索超重核稳定岛

合成新元素拓展元素周期表、探索原子核存在极限是核物理前沿研究领域。相关研究工作涉及的重大物理问题有：存在多少种化学元素？超重元素具有什么样的化学性质？超重元素化学性质是否符合元素周期律的外推预期？最大的核幻数是什么？是否存在稳定的或长寿命的超重核素？在极强库仑场中原子核具有哪些奇特的结构和性质？等等。经过逾半个世纪的不懈努力,元素合成取得了巨大成就,已将周期表从92号扩展至118号元素,完成了周期表上第七周期元素填充。文章回顾了在自然界寻找超重元素的历程,评述了利用人工核反应合成超铀元素和探索理论预言的超重核稳定岛的进展、成果、现状以及目前面临的困难,展望了未来的研究工作,简介了基于国家重大科技基础设施——强流重离子加速器装置开展超重研究的计划。     

超重元素合成反应机制研究

回顾了超重元素研究的现状和超重元素合成反应机制研究的发展,指出目前超重元素合成研究中存在的困难和对超重余核鉴别的一些设想.对近对称反应系统的熔合反应机制进行了较深入的讨论,建议对这类反应生成复合核的截面进行理论和实验上的研究.The status and development of the studies on reaction mechanism for synthesis of superheavy elements has been reviewed. In this paper it is pointed out the difficulties existing in the studies and synthesis of superheavy elements and some conceives for measurement and identification of very heavy residues. The fusion of near symmetric reaction systems is discussed and proposed to do more investigations on the fusion cross sections of these reactions on both theory and experiment.     

冷熔合反应合成超重元素的进展

综述了自提出冷熔合反应作为合成原子序数 Z>1 0 6号超重元素的最主要反应机制以来 ,冷熔合合成超重元素所取得的重大成就及其进展至目前所面临的困惑 .详细介绍了最近国际上围绕 1 1 8号元素合成以及对以冷熔合反应合成 Z>1 1 2号超重元素前景上的争论 .讨论了在我国现有实验条件下 ,基于冷熔合机制开展超重元素合成面临的问题. The great successes of cold fusion reaction which was suggested as the most important production mechanism for superheavy element of Z >106, as the well as the main hot point problems in recent research of superheavy element synthesis are reviewed. Some different opinions around the synthesis of the superheavy element of Z =118 and the further prospect of utilizing cold fusion reactions to the syntheses of superheavy elements of Z >112 are introduced in detail...     

基于RMF理论对超重核结构和合成以及滴线外核的研究

总结和回顾了超重核结构和反应研究的历史和现状,利用形变约束的相对论平均场理论系统计算了实验观测到的Z=102—112号元素的能量随形变的变化,得到了这些核素的基态和鞍点性质,利用Strutinsky壳修正方法研究了壳效应对这些核素的影响.利用所得到的结构信息,计算了相应的冷熔合反应的截面,给出了与实验相仿的结果,得到Z=118号元素的合成截面为23pb,比宏观模型的结果小20倍.讨论了相关物理量对反应截面的影响.同时,还给出了相对论连续谱Hartree Bogoliubov(RCHB)理论对滴线外核1800Sn的描述. The studieson structure and reaction for superheavy elements are reviewed. Based on constrained relativistic mean field(CRMF) theory, binding energiesof elements from Z=102 to Z=112, which can be measured experimentally, as a function of deformation arecalculated, and the properties of equilibrium and saddle point of these nuclides are obtained. Using the single particle levels based on CRMF, the shell effects are obtained with Structinsky method. The cross sections of the cold fusion are est...     

超重核性质与合成机制的理论研究

探索原子核的电荷与质量极限,合成长寿命超重核是当前原子核物理研究的重要前沿问题之一。本文综述了我们近几年在超重原子核结构性质与合成机制方面取得的理论研究进展。在结构性质方面,利用处理对关联的粒子数守恒方法,基于推转壳模型,系统研究了锕系核与超镄核低激发谱,发展了多维形状约束的协变密度泛函理论并用于研究锕系核势能面和裂变位垒以及N=150同中子素中的非轴对称八极关联等。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,包括俘获过程——提出了一个位垒穿透概率新公式、熔合过程——提出了一个基于动力学形变势能面的双核模型、存活过程——系统研究了激发态超重复合核存活概率等。系统研究了合成超重核的热熔合反应,得到的熔合蒸发截面与实验符合,并预言了合成119和120号超重元素的生成截面。     

多任务神经网络对原子核低激发谱的研究

原子核低激发谱对深入理解原子核结构具有重要作用。采用多任务反向传播(Back Propagation,BP)的神经网络方法系统研究了原子核2 ₁⁺和4 ₁⁺的激发能量。除了质子数和中子数外,通过在网络输入层增加一个有关原子核集体性的物理量,BP神经网络在0.1 MeV到数MeV的能量范围内很好地拟合了原子核的低激发能。相比五维集体哈密顿量(Five-Dimensional Collective Hamiltonian,5DCH)方法,BP神经网络更好地再现了原子核低激发能的同位素趋势,以及由壳效应导致的幻数原子核低激发能的突然增大,并且将2 ₁⁺和4₁⁺激发能的预言精度分别提高了约80%和75%,该预言精度与单任务神经网络基本一致,但是改进了对轻核区与缺中子核区低激发谱的学习能力,这说明多任务神经网络可以实现多种激发能量的统一精确计算。     

原子核状态方程

介绍了在核子自由度占优势时原子核状态方程的一些知识,并对在饱和状态下直接研究和在重离子碰撞中间接研究原子核状态方程的情况做了评述． The knowledge of nuclear equation of state for which nucleonic effects are dominant is presented. The direct studies which close to the saturation state and the indirect studies involving heavy ion collisions on nuclear equation of state are reviewed.     

超重核合成进展

介绍了超重核合成的历史和现状,对现有的超重核合成的实验情况和理论模型做了评述,指出了在国内利用现有设备和放射性核束装置开展超重核合成可能的方案。     

基于双核模型对超重元素合成机制的研究

在双核模型基础上，考虑了熔合与准裂变的竞争，通过数值法求解主方程，计算了⁵⁰Ti，⁵⁸Fe+²⁰⁸Pb，²⁰⁹Bi这4个反应系统通过冷熔合反应合成超重元素的激发函数，得到了与实验比较符合的结果.计算了不同入射能量时各角动量分波对熔合概率和超重核存活概率的影响以及对蒸发剩余截面的贡献.这些结果对进一步理解超重核的合成机制有重要意义. 关键词： 超重元素 双核模型 熔合反应 蒸发剩余截面     

基于Weizsäcker-Skyrme核质量公式研究原子核基态性质

基于一个半经验的原子核宏观 微观质量公式——Weizsäcker-Skyrme质量公式, 研究了原子核的形变、 滴线、 壳能隙和超重核α衰变能等相关性质, 发现该模型能较好地再现实验结果。与此同时, 探索了原子核对称能系数对原子核质量公式的影响和超重稳定岛的可能位置。     

超重元素的气相化学研究

对当前国际上超重元素气相化学性质实验研究的现状进行了综述, 简单介绍了用于气相化学研究的超重元素合成方法和超重元素气相化学实验技术的发展历程。 综述了超重元素Rf, Db, Sg, Bh, Hs 和112 号元素的气相化学性质研究的实验进展情况。 最后介绍了我国在超重新核素合成、 超重元素气相化学研究等方面所取得的成果, 并展望了在超重元素气相化学性质研究方面的前景。 The present status of the chemical properties investigation for superheavy elements was described in this paper. The synthesis of superheavy elements and the experimental techniques used in stu dies on the gas phase chemistry of superheavy elements were briefly introduced. The current experimental studies about the gas chromatography of Rf, Db, Sg, Bh, Hs and element 112 were discussed in detail. Finally, the development of synthesis of superheavy elements and the study on gas phase chemical properties of superheavy elements in China were prospected.     

超重核合成进展

介绍了超重核合成的历史和现状 ,对现有的超重核合成的实验情况和理论模型做了评述 ,指出了在国内利用现有设备和放射性核束装置开展超重核合成可能的方案     

原子核配对壳模型——侵入态与原子核形变

利用原子核配对壳模型讨论了侵入态对原子核形变的影响.计算结果表明,侵入态具有削弱原子核形变的趋势,对原子核的形变起着重要作用. The influence of intruder level on nuclear deformation is studied within the framework of the nucleon-pair shell model truncated to an SD-pair subspace. The results suggest that the intruder level has a tendency to reduce the deformation and plays an important role in determining the onset of rotational behavior.     

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.     

动量相关作用在原子核阻止作为探针中的重要性

最近的研究工作表明原子核阻止强烈地依赖于两核子碰撞截面而较弱的依赖同位旋相关的平均场 (对称势 ) .故原子核阻止可以作为提取介质中同位旋相关核子 -核子碰撞截面的探针 .详细的计算表明动量相关作用在提高原子核阻止对两体碰撞的敏感性和减弱对称对称势的敏感性中起了重要作用. The role of momentum dependence equation of state on the nuclear stoppings coming from the isospin dependence of nucleon-nucleon cross section (two-body dissipation ) and the isospin dependence of the mean field (one-body dissipation) are studied by using the isospin dependence quantum molecular dynamics. A detail studies indicate that the difference between the nuclear stoppings coming from the isospin dependence and the isospin independence of in-medium nucleon-nucleon...     

基于相对论平均场理论对超重核冷熔合反应截面的研究

在形变约束的相对论平均场理论框架下计算了合成Z=102—118元素的(可能)冷熔合反应中复合核及蒸发一或两个中子剩余核的位能曲面,得到了复合核和剩余核平衡点和鞍点的性质、静态裂变垒高度和冷熔合反应的最佳入射能;利用壳修正和对修正方法计算了平衡点和鞍点的壳修正能、对修正能和微观能.利用由此得到的壳结构信息,用简单的熔合蒸发唯象模型计算了相应反应的冷熔合截面.结果发现,TM1参数提供的结构性质给出了与实验接近的反应截面.