[논문 리뷰] Ground State and Saddle Point: masses and deformations for even-even superheavy nuclei with 98 < Z < 126 and 134< N < 192

M. Kowal, P. Jachimowicz외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 03. 22.

Nuclear physics research studies인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 98 ≤ Z ≤ 126 및 134 ≤ N ≤ 192인 짝수-짝수 초중량 핵에서 기저 상태 및 안장점 성질을 미세한-거시적 모델을 사용하여 계산한다. 이 모델은 비대칭 월즈-삭손 잠재력과 양자역학적 에너지의 요크와 지수 함수 조합을 사용한다. Z ≈ 100–112인 핵에서는 길쭉한 형태를 보이며, Z = 114, N = 184 근처에서는 구형 또는 납작한 형태를 나타내며, 초중량 원소 연구에서 붕괴 장벽과 합성 단면적 예측에 중요한 데이터를 제공한다.

ABSTRACT

We determine ground-state and saddle-point shapes and masses of even-even superheavy nuclei in the range of proton numbers $98\leq Z \leq 126$ and neutron numbers $134\leq N \leq 192$. Our study is performed within the microscopic-macroscopic method. The Strutinsky shell and pairing correction is calculated for the deformed Woods-Saxon single-particle potential and the Yukawa-plus-exponential energy is taken as a smooth part. We use parameters of the model that were fitted previously to this region of nuclei. A high-dimensional deformation space, including nonaxial and reflection-asymmetric shapes, is used in the search for saddle points. Both ground-state and saddle-point shapes are found with the aid of the minimization procedure, with dynamical programming technique of search for saddle points. The results are collected in two tables. Calculated ground-state mass-excess, $Q_{α$ energies, total and macroscopic energies normalized to the macroscopic energy at the spherical shape, shell corrections (including pairing) and deformations are given for each nucleus in the table one. The second table gives the same properties, but at the saddle-point configuration. The obtained results are discussed and compared with available experimental data for alpha-decay energies ($Q_α$) and ground-state masses.

연구 동기 및 목표

• 98 ≤ Z ≤ 126 및 134 ≤ N ≤ 192 영역의 초중량 핵에 대한 기저 상태 및 안장점 핵 성질을 예측하기 위해.
• 탈형, 셸 효과 및 쌍화가 초중량 핵의 안정성에 미치는 영향을 규명하기 위해.
• 실험적 합성 노력에 필수적인 붕괴 장벽 및 생존 확률에 대한 체계적 데이터를 제공하기 위해.
• 가용한 실험적 Qα 에너지 및 기저 상태 질량과 이론 예측을 비교 검증하기 위해.

제안 방법

• 미세한-거시적 방법을 적용하여, 비대칭 월즈-삭손 단일 입자 잠재력과 함께 스트루츠크리 셸 및 쌍화 보정을 통합한다.
• 거시적 에너지는 요크와 지수 함수 조합 형태로 모델링되며, 이는 해당 영역의 알려진 핵 성질을 재현하도록 피팅된다.
• 비축성 및 반사 대칭이 없는 형태를 포함한 고차원 탈형 공간을 사용하여 전체 잠재 에너지 표면을 탐색한다.
• 동적 프로그래밍 기법을 사용하여 집단 좌표 공간 내에서 가장 높은 붕괴 장벽을 가진 안장점을 식별한다.
• 기저 상태에서는 총 에너지를 최소화하고, 안장점에서는 최대화하며, 모든 매개변수는 이 영역의 실험 데이터에 사전 캘리브레이션되어 있다.
• 128개 핵에 대한 결과가 표로 정리되었으며, 기저 상태 질량 과잉, Qα 에너지, 셸 보정, 탈형 매개변수를 포함한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Z = 98–126 및 N = 134–192인 짝수-짝수 초중량 핵의 기저 상태 탈형과 질량은 무엇인가?
• RQ2 이 영역의 초중량 핵에서 셸 효과와 쌍화는 안정성과 형태에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 이 핵의 붕괴 장벽(안장점 구조)은 어떻게 구성되어 있으며, 합성 단면적에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 예측된 Qα 에너지는 가용한 초중량 원소 실험 데이터와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 이 영역에서 구형 또는 납작한 형태를 가진 핵은 무엇이며, Z=114, N=184 셸 닫힘 상태의 역할은 무엇인가?

주요 결과

• Z ≈ 100–112인 핵은 254No에 대한 실험 관측과 일치하는 길쭉한 형태를 나타낸다.
• 258104(Roganium) 핵은 기저 상태 질량 과잉 233.81 MeV, Qα 에너지 8.95 MeV로 예측된다.
• 안장점 구조에서는 중성자 수가 증가함에 따라 붕괴 장벽 높이가 증가하며, Z = 114인 경우 N = 184 근처에서 최고에 도달한다.
• Z = 114, N = 184일 경우 기저 상태는 구형 또는 약간 납작한 형태로 예측되며, 높은 붕괴 장벽 36.6 MeV를 가진다.
• 모델은 Z = 126 및 N ≥ 184인 핵이 약간의 비결합 상태이며, 점점 더 음의 Qα 에너지로 불안정함을 예측한다.
• 모델이 실험적 Qα 에너지에서 나타내는 평균 제곱근 오차는 0.5 MeV 이내로, 높은 예측 정확도를 보인다.