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原子核熔合过程中的非高斯涨落和非马尔可夫效应
2013-08-09  【 】【打印】【关闭

原子核熔合是一个典型的非平衡过程,研究原子核熔合对于深入了解核反应机制和探索非平衡过程具有重要意义。理论上描述原子核熔合,往往需要引入很多近似;基于不同的近似,发展了很多描述原子核熔合的宏观输运模型。然而,重离子熔合的微观机制,特别是相对运动的集体动能如何耗散到内禀自由度,依然是一个有待解决的问题。利用微观模型,数值模拟熔合这一量子多体过程,可以获得熔合反应过程中包括耗散、涨落等各种微观信息。量子分子动力学(QMD)模型是一个微观的多体动力学模型,已经成功地用于描述中高能重离子碰撞。改进的QMD模型(ImQMD)能够很好地描述碰撞过程中核子的费米子特性,可用于研究入射能量在库伦位垒附近的低能重离子熔合反应。

中国科学院理论物理研究所核理论组博士生温凯和周善贵研究员与中国科学院外籍特聘研究员、日本茨城大学坂田文彦教授以及中国原子能科学研究院李祝霞研究员、吴锡真研究员和张英逊研究员合作,利用ImQMD模型,数值模拟了低能重离子熔合过程,提取出了刻画朗之万动力学的宏观输运参数,包括随机力的强度与关联函数、摩擦系数等。研究表明,在熔合反应中,随机力的非对称高斯分布与两核之间相对运动的集体动能向内禀自由度的耗散过程联系紧密。在两核跨越库伦位垒时,摩擦系数特别大,随机力的时间关联非常强。考察随机力的时间关联函数发现,在熔合过程中,存在明显的记忆效应。进一步的分析表明,基于微观数值模拟给出的随机力及其时间关联函数等信息,利用含记忆效应的广义朗之万方程,能够很好地描述低能熔合反应的宏观动力学。

相关研究得到中国科学院创新工程重要方向项目和外籍特聘研究员计划、国家自然科学基金委员会和国家重点基础研究发展规划(973项目)的支持,部分结果已于近期发表【Physical Review Letters 111 (2013) 012501】。

图1. 锆-90与锆-90对心碰撞,质心距离为13.5费米时随机力的分布。蓝色区域为对称的高斯分布,插图(a)显示了其中的一个典型碰撞事例;绿色区域为非对称分布,插图(b)显示了其中的一个典型碰撞事例。

 

图2. 锆-90与锆-90对心碰撞,随机力的时间关联函数。其中可明显看出非马尔可夫效应,特别是在两核质心距离为10费米至12费米时。

 

论文网址:http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.111.012501

 

论文详细信息:“Non-Gaussian Fluctuations and Non-Markovian Effects in the Nuclear Fusion Process: Langevin Dynamics Emerging from Quantum Molecular Dynamics Simulations”, Kai Wen, Fumihiko Sakata, Zhu-Xia Li, Xi-Zhen Wu, Ying-Xun Zhang, and Shan-Gui Zhou, Physical Review Letters 111 (2013) 012501

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