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近年来在远离稳定线的核区发现了非常丰富的物理现象,如中子晕现象,幻数的消失和产生等。同时远离稳定线原子核结构的研究可以促进核天体物理等交叉学科的发展。因此,世界很多国家投入巨资,建造放射性核束和探测装置,开展远离稳定线(奇特)原子核的研究。目前远离稳定线的原子核结构的研究已经成为当前核物理以及核天体物理研究的前沿热点问题之一。本文主要采用投影壳模型和三轴投影壳模型研究远离稳定线的A=100-110丰中子核区的原子核微观结构及性质。
投影壳模型用形变基来构造壳模型组态。首先选取Nilsson+BCS表象的低激发态来构造基,通过BCS计算来处理对关联。在形变单粒子态中被破坏的对称性通过角动量投影得到了恢复(这一步相当于将内禀坐标系变到实验室坐标系),即得到了投影的准粒子基。最后,在此投影基下对角化两体壳模型哈密顿量。三轴投影壳模型是在投影壳模型基础上发展起来的处理三轴形变原子核结构的微观理论,处理步骤与投影壳模型类似。但在选取基矢和投影等方面与投影壳模型的差别较大。一方面,三轴投影壳模型采用三轴形变的Nilsson平均场。另一方面,由于引入三轴形变自由度破坏了轴对称性,因此要进行三维空间的角动量投影。
本文结合当前核物理研究的热点问题,采用投影壳模型和三轴投影壳模型系统地研究了远离稳定线的A=100-110丰中子核区以及过渡核区的原子核微观结构。对于A=100-110丰中子核区,我们采用投影壳模型对Zr同位素中子数从N=61到66的偶偶核和奇质量核的6个原子核的高自旋态结构性质进行了研究。我们讨论了偶偶核晕带和边带的能级,研究了转动惯量和电磁性质(如B(E2)和g-factor)对于质子g9/2轨道和中子h11/2轨道的依赖关系。同时指定了实验上发现的2准粒子带的组态结构,并预言了更多的极有可能被实验探测到的新的转动带结构。对于奇质量核,讨论的重点集中在旋称劈裂对原子核形变的依赖关系,并讨论了可能的同核异能态结构。我们还对实验新发现的108Zr的同核异能态结构进行了研究。在Mo同位素的讨论中,主要采用三轴投影壳模型研究了多声子γ振动带的结构,并从三轴形变变化的角度讨论了非谐性出现的微观机制。
将投影壳模型、三轴投影壳模型推广至A=100-110丰中子核区研究远离稳定线(奇特)原子核的微观结构以及过渡核区原子核激发模式的相互作用尚属首次,实验结果在理论计算中得到了很好地再现,理论预言又为进一步实验研究提供了非常有价值的信息。该理论研究工作表明,投影壳模型和三轴投影壳模型在描述远离稳定线核区原子核结构方面有较普遍的适用性。