锕系原子核裂变动力学的系统研究

论文摘要

从1938年12月17日,德国放射化学家和物理学家Otto Hahn和他的助手Fritz Strassmann发现重元素核裂变算起,原子核裂变发现至今已近八十余年.其被发现伊始,就受到了广泛的关注,它打开了一扇全新物理学研究领域的大门.裂变的研究在很短的时间内吸引了大批优秀科学家参与其中,相关的成果和应用快速深入到人们生产生活中的各个方面,在工程、医学、农业、国防、能源等领域得到广泛应用.同时,原子核裂变的研究也具有重大理论和实际意义.原子核裂变为研究原子核大形变集体运动和处理量子多体问题提供了很好的物理平台.在基础研究方面,裂变是决定超重元素稳定性的主要因素之一.裂变还决定着星系演化中重元素核合成的关键过程快速中子俘获过程（r process,r过程）的终点以及所合成的核素丰度.此外,裂变也是产生短寿命奇特原子核的重要途径.因此,对原子核裂变进行深入研究是当前核物理研究的一个重要课题.本论文基于协变密度泛函理论,采用描述原子核裂变动力学的微观模型,探讨核裂变微观机制.具体开展研究工作内容如下:从形变谐振子基出发,发展适用于描述大形变的协变密度泛函理论,计算裂变静态学性质相关物理量;采用多维空间含时生成坐标方法（Time-Dependent Generator Coordinate Method,TDGCM）,描述诱发裂变动力学,并计算裂变动力学性质相关物理量.具体过程及处理方法上,平均场程序采用PC-PK1点耦合密度泛函,计算得到裂变静态学性质相关物理量;使用FELIX程序求解局域的、含时的类Schr?dinger方程,模拟原子核裂变动力学过程.使用Galerkin有限元方法进行空间离散化,Crank-Nicolson方案用来在时间上对方程进行离散化.通过以上方法,本文计算得到了锕系Th同位素链偶偶核原子核(222228Th)的裂变多维位能曲面和裂变位垒、质量参数、剪裂线等裂变静态学性质物理量,以及裂变碎片的电荷和质量分布、总动能等裂变动力学性质物理量.揭示了锕系Th同位素链原子核随着核子数A增加,原子核位能曲面的位垒相对高度会发生明显变化,最终裂变产物电荷及质量产出分布从对称裂变占主导到非对称裂变占主导进行演化的规律.实现了对裂实验变观测量的再现,进一步深化了对核裂变微观机制的理解和认识,为后续进行锕系其它原子核裂变动力学系统研究打下坚实的基础.

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
•   1.1 裂变的发现
•   1.2 理论进展
•   1.3 本文工作
• 第二章 理论框架
•   2.1 协变密度泛函理论简介
•     2.1.1 Kohn-Sham密度泛函理论
•     2.1.2 点耦合协变密度泛函理论
•   2.2 裂变动力学方程及其处理
•     2.2.1 TDGCM+GOA方程
•     2.2.2 流和碎片分布
•     2.2.3 集体参量
•     2.2.4 数值方法
• 第三章 钍链原子核裂变研究
•   3.1 势能曲面
•   3.2 集体质量
•   3.3 剪裂线
•   3.4 碎片动能分布
•   3.5 总通量演化
•   3.6 裂变产物分布
• 第四章 总结展望
• 附录A BCS方程
• 附录B 高斯重叠近似
• 参考文献
• 简历
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王方元

导师: 李志攀

关键词: 钍同位素链,裂变动力学,协变密度泛函理论,含时生成坐标方法

来源: 西南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,核科学技术

单位: 西南大学

分类号: O571.43

总页数: 57

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