核温度

核温度的確定對於核物理研究的許多問題有重要的影響，可是我們對於核温度的測量並不是很成熟，不同的測量方法得到的温度參量相差比較大，甚至於關乎核温度的一些概念的確立也不是很完善。一個關鍵但是有沒有完全確認的問題是，在原子核反應中是否形成了平衡態，或者局部平衡，只有建立了平衡態，才會有温度的概念。另外還有一個問題，在核反應中我們可測的往往是反應中發射的粒子、碎片等初級產物經過一系列的級聯衰變過程後的最終產物，在這一過程中核温度隨體系發射粒子和碎片或許也在變化，核反應過程中不同的階段會有不同的温度。即使我們所用的測温方法很有效，得到的結果究竟是核反應中哪一階段的核温度，確切回答這一問題並非很簡單，一般我們希望得到體系經熱化後最後發射核子時的温度，根據所測物理量所含的信息反推得到freeze-out階段的信息是一個很困難的工作。 ^[1] 

S. Albergo 等人在1985年提出了利用雙同位素產額比提取核温度的原理和方法， ^[2]  逐漸在中能重離子物理中得到廣泛應用。例如Aladin小組在 GSI 利用 600MeV/u Au + Au反應，第一次在很寬的激發能範圍內研究了核温度與激發能的關係，給出核物質的量熱性質與水的相變有驚人的相似。 ^[3]  通過雙同位素產額比提取的核温度稱為同位素比温度T_iso，這種方法的優點在於它可以消除化學勢的影響， 並且在入射能較高的情況下依然能得到合理的結果。隨着重離子物理研究的深入和同位旋物理這一領域的開闢，人們在同位素產額比及核温度確定等方面又做了大量的研究 。

研究表明影響同位素產額比的因素很多，所提取核温度有很大的不確定性。例如，由於不穩定粒子或碎片的相繼衰變和另外一些可能被簡單理論模型忽略的過程的影響，最終所測量到的同位素產額比已經偏離平衡時的值，因此 T_iso也強烈依賴所選的粒子對，基於這一思想，Tsang M B 等人通過基於跟隨衰變理論的 Monte-Carlo 模擬， 得到各種粒子對的修正因子。 ^[4]  另外，在熱核衰變中發射的中等質量碎片（ IMF），其內部激發對 T_iso 也有很大的影響，這種影響的大小可以通過對IMF內部激發配分函數展開的一級近似加以估算。事實上，由於中能核反應中粒子來源相當複雜，各種同位素的產額不僅可以反映熱核的衰變性質，而且還會帶有碰撞過程的動力學信息，因此， 同位素產額比温度的提取就有種種內在的不確定因素。

通過 4 個角度的粒子測量，得到各種元素的不同同位素產額。單同位素產額比表現出來一定的同位旋效應，豐中子粒子在⁴⁰Ar + ¹²⁴Sn 體系中的發射幾率略高於 ⁴⁰Ar + ¹¹²Sn 體系，而質子在 ⁴⁰Ar + ¹¹²Sn 體系則更容易發射。動力學效應對不同同位素的產額有較大的影響。由於化學勢在碰撞體系中逐漸趨於平衡，所提取的同位素產額比温度沒有表現出靶核相關性。核温度的確定對於核物理研究的許多問題有重要影響， 對核温度的測量有幾種方法，在中能區得到的温度參量相差較大。除了對於有關核温度的概念方面的爭論以外，人們還對不同方法提取温度的可信度提出質疑。在核反應中可測量的往往是反應中初級產物經過一系列級聯衰變過程後的終產物。另外，在中能區，彈靶碰撞體系往往在未達到熱力學平衡就開始發射粒子，即使達到熱力學平衡後，其衰變鏈也很長， 鏈上不同位置的蒸發產物也有不同的分佈特徵，這些因素都會影響最終温度的測量結果。 ^[5] 

多年來，隨着重離子束流，特別是中高能重離子束流的提供，對原子核物質的性質，特別是其熱力學性質進行了很多的理論研究和實驗研究。眾所周知，原子核在低激發時，其熱力學性質，如核温度與激發能的關係遵

循費米氣體的規律，即 E* = aT²，其中 a 是能級密度參數，取值範圍在 1 /13～ 1 /8 MeV，T是核温度。理論上 認為，隨着激發能的增加，核物質將會發生液-氣相變。

一種理論認為，在熱激發能不是太高的時候( 3～ 4 MeV /u)，核物質發生的相變現象是由於核物質熱熔量的變化，實驗上觀察到的是核碎成三塊或更多個較大的碎塊，以及輕粒子的發射。這時，核温度將不隨激發能的變化而變化。核激發能進一步增加到 8～10MeV /u 時，核物質則全部碎為輕粒子 (氣化 )，這種現象與人們經常遇到的水的汽化有類似之處。人們也就想象核物質的相變圖與水的相變圖應該是類似的（右圖《理論預言的核物質的量熱曲線—— 温度與激發能的關係》所示）。 ^[6]