热核的衰变动力学研究

第24卷第6期高能物理与核物理Vo.24,No.62000年6月HIGH ENERGY PHYSICS AND NUCLEAR PHYSICJune ,2000热核的衰变动力学研究曾祥华张丰收罗亦孝中国科学院近代物理所兰州730000摘要在Ⅵasoν框架下讨论了高温、高压缩核物质的动力学演化过程.通过研究得岀初始过程对碎裂的影响很大这里密度的影响比热激发能的影响更大在相同的初始条件下不可压缩系数对碎裂过程影响很大即热核在硬势的平均场中比在软势的平均场中更易裂开关键词 Vlasov方程热核气泡核1引言中能重离子碰撞所产生的残余核含有大量的轻粒子和小部分的中等质量碎片,从末态产物中可分为蒸发( vaporation)中等质量碎片(IMF和汽发 evaporation)处于低温条件下的核物质不可能进入不稳定区域只是对一个有限系统可能有部分粒子被蒸发当核物质进入不稳定区域时这个区域的高温边界依赖于涨落的程度.一些研究表明12中等质量碎片多重性来源于动力学不稳定性.密度涨落确定了由排斥和吸引组成的平均场.从末态产物中观测到的碎片的大小与密度直接相关并且末态产物直接与初始条件相关3如密度、激发能依赖于入射道.理论上人们对中能区重离子碰撞所产生的多重碎裂非常感兴趣艹]因为多重碎裂可能导致液气相变.一些计算结果∽表明在碰撞过程中可以形成气泡核和环形 toroidal)胲核然后通过多重碎裂方式跟随衰变.两个中重核进行中心碰撞时核物质被挤压形成与束流方向垂直的、密度较低的各向同性的盘.对于重核有一个能量范围在这个能量范围内靠近盘的边沿原型核( photosphere)谘合成环形结构的核即环形核.从流体动力学观点来看环形核是稳定的存在着一个合适的能量能量较低时环塌陷成一个球能量高时环演化成 Raleigh- Taylor形式的不稳定性-具有η个节点的雪茄式结构的气泡核能量高时环形核会裂开形成多个独立的核本文在三维Vaso框架下研究热核膨胀过稆中所联成的环垓和气泡核以及在不同初始条件即在不同的初始温度和密度中国煤化同时讨论了核物质状态方程对热核衰变的影响.CNMHG1999-04-07收稿中国科学院科学基金资助535-540536高能物理与核物理2模型仅考虑平均场的Vaov方程为a pv,-V, UV, Kr,p,)=0frpt是相空间单粒子的分布函数,U为密度相关的平均场其形式为4(P)+()式中A,Bσ为参数.这里取两组参数即不可压缩系数分别为K=380MeV的硬势(H)和200MeV的软S)其参数如表1所示.相空间密度ρ为f(r,p t d'p其中P为粒子在时间t时的坐标和动量,=0.168fm3为核物质正常密度.在初始时坐标空间的粒子分布为均匀分布其压缩强度由粒子在坐标空间分布抽样得到.粒子在动量空间的分布为费米分布即fp)(4)其中n=3TMeⅤ为化学势,T为温度参数,它描述的只是初始组态的动量分布并不是核系统的温度值表1平均场参数Mev00本文所考虑的初始核是Au,每个真实核子对应的试验数为100时间步长△0.5fm/c.在Δt内第i个实验粒子的运动方程满足方程ddpm2+p2 dt(5)3结果分析中国煤化工3.1相同密度和不同温度下热核的演化CNMHG以下所讨论的都是硬势的平均场初始核的平均密度为1.35当初始温度参数为I5MeV时,计算结果表明,由于初始核是一个压缩的热核这个核将会膨胀在膨胀过程中受平均场的影响形成了密度的涨落导致密度空间的不均匀性岀现了密度较高的区域但中心区域的密度逐渐减小.当t=45fmc时出现了环以第6期曾祥华等热核的衰变动力学研究537及密度较高的核子集团——气泡核 bubble nuclei)这种环及气泡在吸引和排斥平衡的平均场中可以稳定存在一段时间接着核子将进λ密度较高的区域使得系统的势能降低而处于最稳定的状态,由于初始核所具有的能量不足以克服核子间的结合能因此这种环形核和气泡核在t=90fm/c时还没有碎裂当温度参数为20MeV时每个粒子在平均场中运动满足牛顿运动方程.此时由于初始核的能量增大粒子将迅速膨胀在t-l0rmlc时泙平均密度只有正常核物质密度的1/3.由于粒子迅速膨胀核物质形成一个球壳在x-z平面内出现一个环随着时间的演化在t=40m/c时盘膨胀形成各向同性的费米气体中心区域只有很少的粒子数平均场的作用使粒子结团,气泡核开始形成(如图1所示)从40fm/c环开始形成到πofmc时环形核仍然存在氕气泡核的数目为4η=4)在这段时间的演化过程中环形核和气泡核并未形成一个球或全部裂开这种气泡核有较长的寿命t=40 fmc60 fm/70 fm/c1010-10-5图1初始密度为1.35温度参数为20MeV时密度分布的平面图随时间的演化t=4050fm/c时x--0.150.1灬,.0.05;t=60,70fmc时--0.2当温度参数为25MeV时发现气泡核形成的时间提前了环中气泡核的数目未变由于温度参数增大提供给核子的能量增加环中气泡核的平均场的吸引和排斥不再平衡,气泡核开始逐渐裂开并出现4个大块物中国煤化工对重核之间的碰撞存在一个能量范围在这个范围内环形核CNMH量较低时环又会聚合成一个球能量较高时环将会碎裂.在我们的框架下密度和温度参数反映了入射道效应这里再现了这种结果文献7中指出随着温度的升高表面张力系数和库仑排斥将核物质向外推导致环形核和气泡核的形成.而我们这里看到的结果只是由动力学效应引起的.由以上结论可知在密度参数确定的情况下环形核和气泡核的形成及其裂变高能物理与核物理第24卷依赖于温度参数即热激发能温度低时这个环又会形成一个球温度高时环会裂开温度参数值保持在一个合适的范围內时环能存在较长的时间但气泡核的数目并不随温度参数的大小而改变t=50 fm/ct =60 fm/ct= 70 fm/c10-10图2初始密度为1.35温度参数为25MeV密度分布的平面图随时间的演化0.150.053.2不同密度下压缩核的演化在初始密度为1.71p温度参数为10MeV的情况下当t=30m/c时已观测到较多的气泡核得到η=7.t=40fm/c时气泡核开始互相排斥最后在平均场的作用下形成几个大的碎片.与初始平均密度为1.35不同的是密度越大越容易形成更多的气泡核且形成气泡核的时间步长缩短同时导致系统碎开的温度参数也会降低.图3给出了不同时间的密度分布平面图.比较不同密度下的变化可以看到最后产生的碎块数目与初始密度密切相关密度越大产生的碎块数目越多.这与文献8中关于碎裂的讨论是致的即对碎裂压缩比热激发效应更有效.中等质量碎块是高密度、高激发核所产生的结果因此在中等质量碎片多重性的研究中为得到较多的中等质量碎片多重性应考虑不同的碰撞系统和入射能量、碰撞参数即中国煤化工CNMHG3.3不同势场下气泡核的产生以上讨论的都是对应的硬势平均场现在讨论系统在软势的平均场中的变化情形研究势场对热核衰变的影响目的在于找到灵敏于状态方程的物理參量.已经知道有效质量对集体流比较敏感φ]但未发现灵敏于核物质不可压缩系数的参量因此对不可压缩第6期曾祥华等热核的衰变动力学研究539t=30 im/ct=40 fm/c10t=60 fm/c50100图3初始密度为1.71p温度参数为10MeV密度分布的平面图随时间的演化t=30A050fmc时0.1…….0.05=60fmc时,——0.2,0.0系数的提取遇到了困难.这里计算了初始密度相同温度参数不同时两种相互作用势的结果.这里初始压缩核的平均密度为1.44p.当温度参数为15MeV时两种相互作用下热核都未裂开而平均场使它们束缚在一起.温度参数为20MeV时两种相互作用导致了不同的结果对硬势Ao∫fmlc时岀现了气泡核随时间的演化岀现了大的碎块由于核力的短程性使这些碎块朿缚在一起形成稳定的核物质洏对软势尽管在时间的演化过程中中心岀现了环但初始的压缩核系统始终自束缚在一起未裂开最后在核力的作用下又形成密度较高的稳定核系统.这种差异说明硬势反映了核子间的较弱的束缚,致核系统易于裂开.与晕核的弱束缚类比,说明对不同的核核物质的不可压缩性是有差异的.这有待理论和实验的进一步研究在实验上证实环形核和气泡核的存在可以从碎片中测量温度的大小3或碎片的角分布和质量分布因为从环形核和气泡核中出来的碎片具有更多的对称性.或从巨偶极γ射线来研究热核在衰变以前的模式.得到的环形核和气泡的密度与文献5中预言基本一致.由讨论知道环形核和气泡核具中国煤化工够证实环形核和气泡核的存在就可以得到在碎裂以前热化的伺CNMHG是处于局域平衡或平衡的综上所述冋可以得到热核的衰变过程与压缩的密度密切相关核物质压缩越大,产生的碎块越多热激发能越大产生旳碎块时间越早热核在硬势的平均场作用下更易碎开在中能重离子碰撞中两个重核之间的碰撞可以产生一个温度很高密度很大1.5-290)540高能物理与核物理第24卷的区域这个区域的衰变过程可以从上面的讨论中得到.我们的讨论只是这个区域内理想的情况实际上重离子碰撞产生的高密区域还要复杂这里给岀了定性的结论具体的结果有待实验上的观察参考文献 References)Bertsch G, Siemens PJ. Phys. Lett., 1983,Bl2 Pethick C J, Ravenhall D G. Nucl. Phys.,1987 A471: 19c3 Nordbeck E, LUO Q Z, CHENG C Y et al. Nucl. Phys., 1996, A607 1054 ZHANG FengShou, Suraud E. Phys. Rev., 1995, C51 30215 WONG C Y, Phys. Rev. Lett., 1985, 55: 19736 Bauer W, Bertsch G F, Schulz H. Phys. Rev. Lett., 1992, 69: 18887 LI BaoAn, Gross DH E. Nucl. Phys. 1993, A554 2578 GE Ling Xiao, ZENG XiangHua, LIU JianYe et aL. High Energy Phys, and Nucl. Phys. in Chinese ) 1990, 14 27葛凌霄曾祥华刘建业等.高能物理与核物理』99I427)9 ZENG XiangHua GE Ling Xiao. Z Physik, 1996,A354 317Study on the decay Dynamics of Hot NucleiZENG XiangHua ZHANG Feng Shou LUO YiXiaoInstitute of Modern Physics The Chinese Academy of Sciences Lanzhou 730000 ChinaAbstract With in the frameworu of the three- dimensional Vlasov equation ,the dynaevolution of highly compressed nuclei with high thermal excitation energy has been dis-Issed. The distributions of particles in the space are uniform while in the momentum spaceare Woods- Saxon distribution. The effects of initial conditions temperature parameter anddensity on the hot decay are great. The effect of the density on the hot decay is more im-portant than the temperature parameter. For the same initial condition ,the hot nuclei is morelikely to decay in the hard potential than in the soft potentialKey words Vlasov equation hot nuclei, bubble nuclei中国煤化工CNMHGReceived 7 April 1999Supported by Science Foundation of The Chinese Academy of Sciences