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

M. Kowal, P. Jachimowicz+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 22, 2012

Nuclear physics research studies被引用 5

一句话总结

本研究采用包含形变 Woods-Saxon 势和 Yukawa 加指数宏观能的微观-宏观模型，计算了原子序数 98 ≤ Z ≤ 126 且中子数 134 ≤ N ≤ 192 的偶-偶超重核的基态和鞍点性质。研究发现，Z ≈ 100–112 的核素表现出长形形变，而 Z = 114、N = 184 附近则呈现球形或扁形结构，为超重元素研究中的裂变势垒和合成截面预测提供了关键数据。

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.

研究动机与目标

• 预测 98 ≤ Z ≤ 126 且 134 ≤ N ≤ 192 区域内超重核的基态和鞍点核性质。
• 确定形变、壳效应和配对对稳定超重核的作用。
• 提供裂变势垒和生存概率的系统性数据，对实验合成工作至关重要。
• 将理论预测与现有实验 Qα 能量和基态质量进行验证。

提出的方法

• 采用微观-宏观方法，结合 Strutinsky 壳修正和配对修正，以及形变 Woods-Saxon 单粒子势。
• 宏观能采用 Yukawa 加指数形式建模，拟合以再现该区域已知的核性质。
• 使用高维形变空间，包括非轴对称和镜像不对称形状，以探索完整的势能面。
• 利用动态规划技术定位鞍点，以识别集体坐标空间中的最高裂变势垒。
• 对基态最小化总能量，对鞍点最大化总能量，所有参数此前均已校准至该区域的实验数据。
• 结果以表格形式列出 128 个核素，包括基态质量过剩、Qα 能量、壳修正和形变参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 对于 Z = 98–126 且 N = 134–192 的偶-偶超重核，其基态形变和质量为何？
• RQ2 壳效应和配对如何影响该区域超重核的稳定性和形状？
• RQ3 这些核素的裂变势垒结构（鞍点构型）如何？其对合成截面有何影响？
• RQ4 预测的 Qα 能量与超重元素的可用实验数据相比如何？
• RQ5 该区域中哪些核素被预测为球形或扁形？Z=114、N=184 的壳闭合有何作用？

主要发现

• Z ≈ 100–112 的核素表现出长形形变，与 254No 的实验观测一致。
• 预测 258104（Roganium）的基态质量过剩为 233.81 MeV，Qα 能量为 8.95 MeV。
• 鞍点构型显示，随着中子数增加，裂变势垒高度上升，在 Z = 114 时于 N ≈ 184 达到峰值。
• 对于 Z = 114、N = 184，基态预测为球形或略微扁形，裂变势垒高达 36.6 MeV。
• 该模型预测，Z = 126 且 N ≥ 184 的核素为弱束缚态，Qα 能量逐渐变为负值，表明不稳定。
• 模型对实验 Qα 能量的均方根偏差在 0.5 MeV 以内，表明具有高预测精度。