高能重離子反應

20世紀50年代，首先從宇宙線的乳膠照片中得到了典型的高能核-核碰撞事例，從而開始用宇宙線研究高能核－核碰撞。早期的工作主要是研究碰撞的截面及碰撞碎片的質量和動量分佈。70年代初，美國勞倫斯伯克利實驗室的 Bevatron(以及後來改進的Bevalac)及蘇聯杜布納聯合核子研究所的同步穩相加速器(JINR)等若干高能重離子加速器建成，產生了人工加速的高能重離子束，提供了在實驗室研究高能重離子反應的可能性。

在中高能重離子碰撞中，熱核系統中的π介子和奇異粒子產生是獲取熱核物質狀態方程的重要途徑之一。在相對論BUU理論基礎上計算了能區1GeV/n不同核系統C+C，Ne+NaF，Ar+KCl的π介子產生並與實驗值進行了比較，分析了π介子產生對平均場和有效截面的靈敏性。發現π介子產生對核子有效質量較靈敏，而對壓縮係數不太靈敏。π介子能譜的計算值和實驗測量值一般符合尚好，但低能區和高能區尚有偏離。這和已有的非相對論BUU和QMD計算結果相一致。造成偏離的原因可能與π介子再吸收過程考慮不全有關。進一步的研究正在進行中。 ^[1] 

對中高能重離子碰撞中的核多重碎裂現象無論在實驗上還是在理論上都進行了廣泛的研究。重離子與不同靶作用的碎裂截面也在許多領域裏有重要的應用。在天體物理方面，人們利用穿過星際介質的宇宙射線核所發生的能量和成分的變化來確定銀河系宇宙射線源的構成。在宇宙中，如何有效地對航天器及艙外工作的宇航員進行輻射防護，涉及到了重離子碎裂截面值對輻射劑量的準確估算。而能量為幾百個 MeV 的重離子束在癌症治療方面，尤其是對深度癌症的治療，也有很大的優勢。

實驗上，關於核碎裂的研究主要集中在反應截面的測量上。隨着相對論能量重離子束的獲得成為可能，世界上的幾家大型實驗室的加速器上都相繼開展了有關方面的研究。包括歐洲核子中心 (CERN) 的超級質子同步加速器 (SPS)，美國布魯克海文國家實驗室 (BNL) 的交變磁場梯度同步加速器 (AGS)，以及日本放射線醫學綜合研究所 (NIRS) 的重離子醫學加速器 (HIMAC) 和美國國家航空航天局 (NASA) 空間輻射實驗室的加速器設備。

理論上，通過對眾多碎裂截面的實驗結果進行模擬研究，人們提出了諸如參數化方法，標度法， NUCFRG2 算法和量子多重散射模型等模型方法。為了從微觀上對核碎裂現象進行深入研究，近年來，人們也採用了諸如 VUU 模型，反對稱化分子動力學 (AMD) 模型，費米子分子動力學 (FMD) 模型和量子分子動力學 (QMD) 模型等微觀輸運理論。當用這些微觀輸運方法模擬反應過程時，需引入諸如淬火集團化代數方法 (SACA)來區分末級碎塊。這些方法因沒有考慮初級受激碎塊衰變過程中的核結構效應，故難以給出末級碎塊分佈中諸如奇偶效應等系統行為。迄今為止，無論理論和實驗之間，還是實驗和實驗之間的結果都存在明顯的偏差。應該指出的是，有關核碎裂的實驗和理論研究並不充分，這主要是因為，核碎裂過程不是單一的動力學過程，有很多潛在的機制共同作用，從而導致了各種不同的碎裂模式。因此有必要對不同束流離子和不同靶的反應進行系統的實驗和理論研究。

測量了 471 AMeV ⁵⁶Fe 和 400AMeV ²⁰Ne 誘發 Al， C 和 CH₂ 作用的電荷變化總截面和分截面，得到的實驗結果與其他相近的實驗的結果是一致的，總截面的結果與 Bradt-Peters 半經驗的理論公式也符合得很好；其次，應用 ImQMD 模型來描述反應的動力學過程，而用 GEMINI 模型來處理受激碎塊的退激發過程。兩個模型的結合，很好地給出了分截面結果中出現的奇偶效應。重離子碎裂過程中出現的奇偶效應和對能有很大的關係，主要形成於擦邊碰撞的事例中。同時根據反應產生的碎塊的同位旋分佈可以看出分截面結果中的奇偶效應主要來自

於 T_Z = 0， ± 0.5的碎塊的貢獻。碎塊所給出的較小的偏轉角則是擦邊碰撞產生的較重的類彈碎塊的貢獻。 ^[2]