母核到子核无禁戒转动带alpha衰变半衰期的理论研究

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Alpha衰变是研究不稳定原子核性质的有力手段。而对于滴线核、满壳核、和超重核来说尤其如此。已经有大量的理论研究致力于找到定量地计算alpha衰变半衰期的方法。这些理论研究有些采用唯象的方法,有些采用更微观的计算方法。早在1911年,Geiger和Nuttall发现alpha衰变半衰期的对数(logioTi/2)与射程(正比于衰变能Q)的对数之间存在线性的函数关系。这就是著名的Geiger-Nuttall定律。对Geiger-Nuttall定律的理论解释最早由Gamow和Condon与Guerney在1920年代给出。他们理论的成功第一次证明了量子力学在核物理领域中的适用性,随后人们开始采用量子力学对原子核这个多体系统进行研究。在六十年代前对alpha衰变的研究很多。现在几十年过去了,又累积了大量新的实验数据。在“超重核”合成实验中,alpha衰变是大部分新合成的原子核的主要衰变方式(有时甚至是唯一的衰变方式)。而且对于这些新合成的寿命极短的原子核,alpha衰变是确定其身份(即质子数与中子数)的有效途径。alpha衰变半衰期的经验公式中,最著名的是由Viola和Seaborg在1966年通过推广Geiger-Nuttall定律提出的Viola-Seaborg公式。在之后的研究中,许多其他用于计算alpha衰变半衰期的解析公式被提出来。它们各自采用不同的logioT1/2对Q的函数依赖关系。由于实验家们需要粗略地预估半衰期的长短作为设计实验的参考,并且在初步测出了衰变能与半衰期之后需要有理论公式能用以快速地检验结果的合理性,因此如前所述log10T1/2的解析表达式在这些情况下对实验家们十分方便有用。除了与Viola-Seaborg公式类似的解析公式之外,半微观及微观的计算方法也被广泛地用于计算alpha衰变及其他更罕见的集团放射性的半衰期。这些理论方法包括壳模型方法,集团模型方法,类裂变模型,壳-集团混合模型等。尽管如此,到目前为止大部分的alpha衰变研究集中在alpha粒子带走角动量为零的无禁戒alpha衰变,也就是从偶偶核基态到子偶偶核基态的alpha衰变。相比较之下,对禁戒alpha衰变(即alpha粒子带走角动量不为零的alpha衰变)的研究较少。这一方面是因为缺乏足够精确的实验数据,另一方面是因为理论上处理alpha粒子带走角动量不为零的alphal衰变过程更为困难。这两方面的困难在奇A核与奇奇核的衰变中尤为突出。近年来,在实验中得到了大量的、新的、更为精确的alpha衰变分支比的数据(即"alpha衰变精细结构”)。随着这些新数据的积累,理论上许多关于alpha衰变精细结构的有趣问题产生了:对于alpha粒子带走的角动量相同(且不为零)的禁戒alpha衰变,Geiger-Nuttall定律是否仍然适用?能否像对于无禁戒alpha衰变一样,找到能够精确地预测alpha粒子带走角动量不为零的alpha衰变半衰期的解析公式?我们的研究主要针对于形变的alpha发射核,在形变核区域核的集体模型在形变核区域经过了大量的实验验证,可以精确地预测转动带能谱、电四极跃迁强度、电偶极跃迁强度、β衰变分支比、以及许多较早的alpha衰变分支比实验数据。那么,对于新的alpha衰变实验数据,核集体模型给出的预测仍然准确吗?为了回答这些问题,我们对偶偶核与奇A核中无禁戒转动带(即以无禁戒态为带头的转动带)中各态的alpha衰变半衰期作了系统的分析。首先我们检验并确认了Geiger-Nuttall定律对这些衰变过程的适用性。更为重要的是,分别通过简化原子核集体转动模型给出的一般公式和通过推广Viola-Seaborg公式,我们提出了能够可靠而精确地计算L≠0的alpha衰变半衰期的表达式。这两种表达式的计算结果都与实验有着令人满意的符合。可以预期,本文中提出的用以计算alpha衰变半衰期的公式将为未来对于alpha衰变精细结构的实验研究提供帮助。
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