摘要
超重元素的性质和超重原子核的合成机制是当前核物理研究的重要前沿领域。宏观-微观模型和自洽的微观模型预言了208Pb之后的质子幻数（114、120或126）和中子幻数（184）,在这些幻数附近，原子核较为稳定，从而在稳定核素大陆之外形成一“超重稳定岛”，大幅拓展核素图的边界。如何合成超重原子核进而登上超重稳定岛，也成为了科学家最为关注的问题之一。 目前，在实验上主要利用重离子熔合蒸发反应来合成超重核。利用这种方法合成超重核时存在着诸多困难，其中之一是反应的合成截面非常小。在合成同一种超重元素时，不同反应体系的合成截面之间存在着巨大的差异。找出最佳的弹靶组合和最优的入射能量，对于超重核的合成尤为关键，这也是当前亟需解决的问题。然而，由于反应机制非常复杂，对最佳反应道和入射能进行预言，是人们正面临的巨大挑战。 在理论上，已经发展出了一系列模型来研究合成超重核的重离子熔合蒸发反应。考虑动力学势能曲面的双核模型（DNS-DyPESmodel，dinuclearsystemmodelwithadynamicalpotentialenergysurface）是其中之一。这一模型基于双核体系的概念，将弹靶在熔合过程中的动力学形变效应包含在内，可以很好地描述反应过程。为了预言合成超重核的最佳反应道和最佳入射能，本论文在DNS-DyPES模型框架下，对重离子熔合反应体系进行了系统研究。 首先，利用已经在实验上成功合成超重元素的反应体系，对模型描述热熔合反应的可靠性进行了验证。我们发现，DNS-DyPES模型给出的结果可以很好地重现合成截面的实验数据。然后，基于一些可作为当前已广泛采用的弹靶材料替代者的核素，提出了一系列新的反应体系。我们对这些新体系进行了细致的考察，计算了俘获截面、熔合概率、存活概率和蒸发剩余截面激发函数等。我们发现，241Am和244Cm适合作为243Am和245,248Cm的替代材料。251Cf、254Es、257Fm是用于超重核合成的理想靶核材料，45Sc和51V是理想的弹核材料。在我们所研究的反应体系中，最适合用于合成119-122号超重新元素的反应体系分别是45Sc+251Cf、45Sc+254Es、45Sc+257Fm、51V+254Es。在45Sc作为弹核的反应体系中，弹靶有更高的熔合概率，这是这些反应有更大的蒸发剩余截面的主导因素。我们还发现，改变弹核时，所合成超重核的裂变位垒和中子分离能的奇偶振荡导致了这些反应最佳入射能、熔合概率和存活概率中的奇偶效应。 放射性核素是否能作为弹核应用于超重核的合成，是一个颇受关注的问题。为了探索利用放射性弹核熔合蒸发反应合成超重核的机制，我们对合成104-122号超重元素同位素的共5123个反应体系进行了系统研究。我们发现，有相同靶核的反应体系的最大合成截面中存在系统性规律。我们根据截面的大小在核素图上划分出4个区域，其中包含一个截面值非常大的V形区域。不同反应体系之间熔合概率和存活概率的巨大差异是这4个区域出现的主要原因。我们给出了利用每一个锕系靶核合成超重元素同位素的结果，讨论了靶核材料对反应截面的影响。不同锕系靶核能够合成的超重核素的范围不同，合成截面存在差异。总体上，质子数越多的靶核能够合成的超重核素越少。在合成一确定的超重核素时，一般采用的靶核质子数越多，合成截面越大。对于放射性弹核对超重元素合成的影响，我们研究了利用不同弹核合成各个超重元素的最大合成截面和最佳反应道。结果表明，位于β稳定线附近的核素对应的超重核合成截面较大，适合作为反应的弹核。在合成Hs到Lv的超重元素时，一些位于中子滴线附近的弹核也对应着较大的合成截面。采用由轻的弹核和重的靶核组成的反应体系更利于合成119-122号超重新元素。我们还预言了合成各个超重元素同位素的最佳反应道。与稳定弹核相比，利用放射性核素作为弹核，可以在更大的质量范围内合成超重原子核。在合成同一超重元素时，一些放射性弹核反应的截面远高于稳定弹核反应的截面。本文对合成超重核素的最佳反应道给出的详尽信息，可以作为实验合成超重原子核的有益参考。
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