斜率溫度與熱力學(xué)溫度課件

1、有限核體系下溫度的理解和測量Jun Su, Feng-Shou Zhang, Long Zhu, and Wen-Jie Xie蘇軍，張豐收，祝龍，謝文杰College of Nuclear Science and Technology, Beijing Normal University, 100875 Beijing, China 北京師范大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院內(nèi)容引言： 三個例子說明核溫度概念的重要性：熔合位壘，殼效應(yīng)，裂變位壘 有限體系溫度的理解：核溫度是一個系綜量核溫度的提取方法 斜率溫度 漲落溫度討論與展望 碎裂反應(yīng)中的核溫度測量 熔合反應(yīng)中的核溫度溫度對熔合位壘的影響 用semic

2、lassical energy-density functionals方法計算發(fā)現(xiàn)，熔合位壘隨溫度的升高而升高。當(dāng)溫度大于臨界溫度，熔合反應(yīng)不能發(fā)生。此處溫度是衡量平衡態(tài)小液滴的經(jīng)典觀測量。1990-J.N.De, et al., PRC 42, R819高溫體系殼效應(yīng)消失溫度升高，(a)激發(fā)能以T的兩次方上升；(b)對能減小直到零；(c)形變參數(shù)減小到零。2000-J. L. Egido, et al., PRL 85, 26當(dāng)體系溫度大于臨界溫度（T=2.7 MeV），對關(guān)聯(lián)和形變效應(yīng)消失，單粒子能級簡并到球形無殼效應(yīng)的能級。此處溫度概念建立在正則系綜下。溫度對裂變位壘的影響 用Finit

3、e-Temperature Hartree-Fock-Bogoliubov方法計算發(fā)現(xiàn)，有溫度的體系，裂變位壘更低。高溫體系，有一層核氣體圍繞在液體核的表面。此處溫度是衡量熵的觀測量。2009-J.C.Pei, et al., PRL 102, 192501溫度概念的重要性總之，在討論熔合反應(yīng)時溫度是一個值得關(guān)注的物理量。溫度概念是在統(tǒng)計物理中提出來的。統(tǒng)計物理處理的對象需滿足熱力學(xué)極限，即體系包含有大量粒子。核體系是有限體系，不滿足熱力學(xué)極限。若要用統(tǒng)計方法描述核體系，統(tǒng)計物理量需要推廣或重新理解熱力學(xué)第零定律經(jīng)典描述宏觀系統(tǒng)：若兩個系統(tǒng)都與第三個學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，那么這兩個系統(tǒng)也相互處

4、于熱平衡。這三個系統(tǒng)可以用同一個熱力學(xué)量描述，它就是溫度。熱力學(xué)第零定律的系綜描述微正則系綜由等概率原理知，孤立系統(tǒng)處于平衡態(tài)時，微觀狀態(tài)數(shù)W最大。定義熵S；平衡態(tài)時，熵最大。把孤立系統(tǒng)分為兩個子系統(tǒng)。熵最大，要求其全微分為零。能量，體積，粒子數(shù)互相獨(dú)立。兩個子系統(tǒng)有相同的物理量，由此定義溫度。核溫度核系統(tǒng)的特點：有限性、核力的飽和性、長程庫侖力、同位旋自由度、費(fèi)米系統(tǒng)、開放性、短暫性、演化中。以上性質(zhì)使統(tǒng)計物理的概念不能直接用來描述核系統(tǒng)。“核系綜” 2006-P. Chomaz et al., Eur.Phys.J.A 30, 317體積V，中子數(shù)N，質(zhì)子數(shù)Z，形變，一定的核系統(tǒng)，微觀狀態(tài)

5、可以很多；把能量為E的核系統(tǒng)挑出來，組成系統(tǒng)集合。這個集合中，系統(tǒng)的個數(shù)W也就是能量簡并度。當(dāng)能量簡并度W(E)連續(xù)可導(dǎo)，可以定義溫度溫度建立在系綜基礎(chǔ)上，是描述有限系統(tǒng)在特定條件下的能量簡并度的物理量。溫度測量方法1、直接熱接觸（宏觀物質(zhì)）對微觀物質(zhì)2、輻射性質(zhì)：能譜、橫向動量、3、化學(xué)成分：混合物質(zhì)達(dá)到平衡態(tài)，各物質(zhì)的比重與溫度有關(guān)用能譜測量核溫度擬合輕粒子能譜來提取溫度溫度值是對數(shù)坐標(biāo)下能譜的斜率，因此該方法提取的溫度叫斜率溫度（slope temperatre）。兩源，三源擬合G. D. Westfall, Phys. Lett. B 116, 118 (1982).B. V. Jac

6、ak et al., Phys. Rev. Lett. 51, 1846 (1983).斜率溫度大于其他方法提取的溫度D.J. Morrissey et al., Annu.Rev.Nucl.Part.Phys. 44, 27(1994)斜率溫度大于熱力學(xué)溫度的原因是：熱動能和費(fèi)米動能在能譜中不可分。single-particle model斜率溫度與熱力學(xué)溫度 A. S. Goldhaber, Phys. Lett. 53B, 306 (1974) W. Bauer PRC. 51, 803(1995).動量漲落提取溫度使用輕粒子動量四極矩的漲落來提取溫度該方法提取的溫度同樣大于熱力學(xué)溫度。

7、因為費(fèi)米動量和熱動量同樣不可區(qū)分。 S. Wuenschel et al., Nuclear Physics A 843 (2010) 113核溫度以多重碎裂（Multifragmentation)反應(yīng)機(jī)制為例，討論用動能譜提取熱力學(xué)溫度的可能性。不同的溫度下，有不同的反應(yīng)機(jī)制。多重碎裂反應(yīng)原子核多重碎裂是在中高能區(qū)重離子碰撞中的一種反應(yīng)機(jī)制。理論和實驗研究表明，反應(yīng)初期原子核系統(tǒng)壓縮，之后膨脹。在膨脹階段反應(yīng)路徑進(jìn)入原子核狀態(tài)方程的力學(xué)不穩(wěn)定相。動力學(xué)漲落激發(fā)動力學(xué)不穩(wěn)定，導(dǎo)致核系統(tǒng)碎裂成多個碎片，從而發(fā)射出多個具有中等質(zhì)量的產(chǎn)物。Equation of StateOf Nuclear Ma

8、tterf(r,T,p)?Liquid-to-Gas Phase transition?What happened?Size?Lifetime?Shape?r1.5r0T10 MeV模型與能譜理論重現(xiàn)了實驗?zāi)茏V，這是討論提取核溫度的前提。碎裂反應(yīng)中的斜率溫度在同一個反應(yīng)中，使用不同粒子的能譜所提取溫度不同。相同質(zhì)子數(shù)的粒子，質(zhì)量數(shù)增加，所提取的斜率溫度增加。-輻射流效應(yīng)相同質(zhì)量數(shù)的粒子，電荷數(shù)大的，所提取的斜率溫度大。-庫倫效應(yīng)動能譜提取熱力學(xué)溫度熱動能和費(fèi)米動能在能譜中不可分。原子核系統(tǒng)是一個費(fèi)米系統(tǒng)。末態(tài)碎片的動能由兩部分組成：費(fèi)米動能和熱動能。需從動能譜中扣除費(fèi)米動能，才能提取準(zhǔn)確的熱力學(xué)溫度。在費(fèi)米模型下，推導(dǎo)斜率溫度和熱力學(xué)溫度的關(guān)系：以及漲落溫度和熱力學(xué)溫度的關(guān)系：1995-W. Bauer PRC. 51, 803. 2011-Jun Su et al., PRC 85, 017604討論和展望有限核系統(tǒng)中，溫度可以被看成為一個系綜量，它是描述能量簡并度的物理量。我們討論了激發(fā)系統(tǒng)的斜率溫度