原子核反应  082700M02009H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:一级学科普及课 | 任课教师:彭光雄,左维,姜焕清
授课时间: 星期一,第10、11、12 节
授课地点: 教二楼114
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10
授课时间: 星期三,第1、2 节
授课地点: 教二楼114
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10
课程编号: 082700M02009H 课时: 50 学分: 3.00
课程属性: 一级学科普及课 主讲教师:彭光雄,左维,姜焕清 助教:
英文名称: Nuclear Reactions 召集人:

教学目的、要求

本课程是核科学与技术学科类研究生的专业核心课,供核物理、粒子物理、核天文,核技术应用、核工程、以及相关学科研究生选修。 
原子核是物质结构的重要层次, 原子核反应是核物理的重要组成部分,它是认识原子核运动规律的重要手段和核技术应用的基础。本课程内容主要包括原子核反应的基础知识,一般分波方法和形式散射理论,原子核的衰变与复合核反应,直接核反应,聚变与裂变,核天文物理, 中高能核反应与强子物理,重离子碰撞与 QCD 相变等。 
通过本课程的学习,希望学生理解与原子核反应有关的基本理论和方法, 了解各种条件下原子核反应的规律及其在现代科学技术和交叉学科领域中的应用,为进一步从事相关科学研究和应用工作打下良好专业基础。

预修课程

量子力学,普通物理

教 材

C.A. Bertulani, P. Danelewicz, Introduction to nuclear reactions, Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia,2004.[柏图兰尼、丹尼乐维奇,
《核反应导论》,IOP 出版社,布里斯托和费城,2004 年].

主要内容

第一章 核反应基础(5 学时,授课教师:彭光雄、姜焕清) 
1.1绪论:核反应研究的历史回顾;核反应分类;反应机制一般讨论;加速器和探测器的一般介绍。 
1.2反应道与守恒律; 
1.3实验室系和质心系 
1.4核反应运动学:放热反应和吸热反应,阈能 
1.5核反应截面:实验室系和质心系中截面间关系 
1.6经典散射与偏转函数 
1.7量子散射与吸收 

教学重点和难点:
核反应中的守恒量:电荷、能动量、角动量、宇称、同位旋守恒; 角分布,反应能,阈能; 
散射振幅与截面; 
实验室系和质心系截面关系 

第二章 分波法(5 学时,授课教师:彭光雄) 
2.1 散射波函数与径向方程 2.2 自由粒子径向波函数  2.3 相移   
2.4 相移积分公式 2.5 散射幅与截面  2.6 刚球散射  2.7 共振态   
2.8 球方阱散射 2.9 低能散射与散射长度 2.10 核子-核子散射长度   
2.11 有效力程 2.12 库仑散射 2.13 α-α散射 

教学重点和难点
径向方程和相移公式推导   共振态的布莱特-维格纳公式散射长度与有效力程公式   相移与截面 
第三章 核反应的形式理论(5 学时,授课教师:彭光雄、左 维) 
3.1 格林算符与李普曼-薛温格方程; 3.2 自由粒子格林函数; 3.3 散射幅; 
3.4 玻恩近似; 3.5 跃迁矩阵与散射矩阵; 3.6 两势公式 ; 3.7 扭曲波玻恩近似; 
3.8 散射矩阵的分波展开; 3.9 自由粒子分波格林函数; 3.10 带自旋粒子碰撞; 
3.11 全同粒子碰撞; *3.12 全同费米子集团散射与共振群方法; 
*3.13 散射矩阵的解析延拓:Jost 函数,复k 与复 E,雷祺轨道 

教学重点和难点:
李普曼-薛温格方程推导及物理意义自由粒子格林函数表达式 
跃迁矩阵满足的方程 散射矩阵的分波展开 共振群方法的基本思想
第四章 衰变与复合核反应(5 学时,授课教师:彭光雄) 4.1 原子核衰变的一般规律: 放射性活度,半衰期,放射系 
4.2 α衰变; 4.3 β衰变与中微子 ;4.4 γ衰变,质子和重离子放射性; 
*4.5 能级宽度与费米黄金规则;4.6 复核核的形成与强吸收模型;   
4.7 光学势的形式理论; 4.8 R-矩阵;4.9 反演律与韦斯科夫-艾文理论4.10 Hauser-Feshbach 理论 4.11 辐射剂量与辐射防护 

教学重点和难点
原子核衰变一般规律,?衰变,?衰变,?衰变,指数律的导出 
?衰变中能量守恒与存在中微子的假定 
?跃迁的选择规则 
复合核反应的特点,复合核形成与衰变复合核反应截面和角分布的计算 
第五章 直接核反应(6 学时,授课教师:姜焕清) 5.1 直接核反应的特点和一般处理方法 
5.2玻恩近似与扭曲波玻恩近似 
5.3道耦合方法 
5.4直接反应中的极化 
5.5变形核核上直接反应, 
5.6多步过程与单举反应 

教学重点和难点:
直接核反应的特点,了解散射,削裂,拾取,粒子转移等反应机制的区别; 扭曲波玻恩近似的处理方法,掌握平面波玻恩近似计算 
两道耦合的处理 
极化的基本概念和密度矩阵方法预平衡反应的处理方法 

 
第六章 聚变与裂变(7 学时,授课教师:左 维) 
6.1 液滴模型; 6.2 WKB 近似 ; 6.3 重离子熔合反应与超重核的合成;   
6.4 近垒熔合;6.5 深度非弹散射; 6.6 裂变现象;6.7 裂变产物的质量分布与能量分布 
6.8 裂变截面;  6.9 裂变放出的中子;6.10 核反应堆;6.11 增殖堆;6.12 磁约束聚变 
 
教学重点和难点
轻核的聚变和重核的裂变现象及意义液滴模型的特点;深度非弹碰撞; 重离子熔合反应与超重核的合成; 裂变碎片的质量分布,235U 截面特征链式反应和核反应堆的工作原理 

第七章 核天文物理(5 学时,授课教师:左 维、彭光雄) 7.1 宇宙射线 7.2 恒星演化:氢循环与碳氮氧循环 
7.3 白矮星与中子星 7.4 重元素合成 
7.5 超新星爆发 7.6 热核截面与反应率 7.7 快、慢捕获过程 
7.8 反应网  7.9 天文核截面模型	7.10 太阳模型检验 
7.11 核天体反应中的间接方法 

教学重点和难点
宇宙射线与核天体物理重元素合成机制, 
氢循环与碳氮氧循环超新星爆发机制 
新星与超新星区别 
 
第八章 中能核反应与强子物理初步(5 学时,授课教师:姜焕清) 8.1 引言 
8.2高能电子散射 
8.3中能质子-核散射 
8.4中能质子引起的核反应,介子产生,散裂反应及应用 
8.5π-核反应 
8.6K-核相互作用与超核 
8.7中微子与核的作用 

教学重点和难点
通过高能电子散射研究核电磁形状因子与核密度分布 
高能质子引起介子产生的条件与特点, 了解散裂反应及应用π-核作用的分类与特点:π散射,π电荷交换及π吸收 
奇异交换与超核产生 
中微子-核反应与中微子探测 

第九章 重离子反应与 QCD 相变(7 学时,授课教师:左 维、彭光雄) 

9.1 核-核碰撞   
9.2BUU 方程   
9.3QMD 模型   
9.4输运方程的数值求解9.5 QCD 与渐近自由   
9.6夸克胶子等离子体与夸克物质   
9.7退禁闭相变 

教学重点和难点
BUU 方程, 
输运方程的数值求解 
跑动耦合常数,夸克分类与性质奇异物质态方程与相图

参考文献

C.A. Bertulani, P. Danelewicz, Introduction to nuclear reactions, Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia,2004.[柏图兰尼、丹尼乐维奇,
《核反应导论》,IOP 出版社,布里斯托和费城,2004 年].