研究背景（课题是如何提出来的）与目的意义：

核物理是研究原子核结构与运动基本规律的学科，为人类利用核能起到了引领和推动 作用，曾在核武器的研制中起到了关键作用。核物理的发展，特别是低能核物理的发展， 不断为核能装置的设计提供日益精确的数据，从而提高核能利用的效率，满足核工业、航 空航天等领域的国家重大需求，促进核物理与天体物理、材料科学、生命科学、加速器技 术等多学科的交叉发展。当前，低能核物理研究中仍存在一些根本性的问题未得到彻底解 决，如核力与量子多体问题。这些遗留问题极大限制了核结构与核反应研究的发展。人们 对核过程的认识还停留在粗糙的唯象阶段，其微观机制依然不清楚，需开展相关研究，为

核能开发与核技术应用提供创新源头和基础支撑。

中国原子能科学研究院的核物理基础研究团队依托HI-13串列加速器上的实验终 端，如在束伽马阵列探测系统、多功能散射靶室、放射性次级束流线、高精度Q3D磁谱 仪等，以及一些国内外一流的实验研究平台，开展了核理论、核结构、核反应、核天体等 多个领域的低能核物理若干关键科学问题研究。研究内容不但面向科学前沿，也结合了一 些潜在的核能开发和技术应用。本文将综述近年来研究团队在低能核物理基础研究领域取

得的进展，并展望未来的研究方向。

Robledo 采用 Pfaffian 表示HFB真空态的叠积，才根本解决这一问题。研究团队提出了 一获取多准粒子组态之间的叠积新方法。新方法仍采用 Pfaffian 项式，但避免了因准粒子 数增加而计算量爆增的麻烦。按照传统方法，物理算符首先用二次量子化方法表示，然后 对每项采用已知的叠积公式计算，最后对所有项的值求和，得到算符矩阵元。首先将传统 方法中的 Pfaffian 展开，再用 Lewis Carroll 定理得到紧凑的算符矩阵元若干公式。这些

公式的计算量不依赖于单粒子空间大小，可很方便地推广到重核区。

投影后变分（VAP）思想在 20 世纪 60 年代就已提出，但由于理论计算复杂，发展缓慢。 近年来，研究团队一直致力于 VAP 方法的理论研究，提出了一种可同时计算晕态和激发态 的新算法。将各非晕态先后进行变分，避免了计算的繁琐。通过求解 Hill-Wheeler 方程， 同时给出所有核态，并保证各态波函数的正交性。对于给定的原子核哈密顿量，记其确切 的能量本征值为e 1≤e 2≤…≤e m 。假设采用某种近似方法得到的近似值记为E1≤ E2≤…≤Em 。根据柯西交错定理，总有Ej ≥ej ,  1≤j ≤m 。因此，两者之间的 能量差δEj = Ej -ej 总是非负的，对最低m个态的能量差δEj 求和，得到总能量 差 ΔE也是非负的。准确的壳模型结果ΔE为零，而在壳模型近似方法中， ΔE是大于零 的，要通过变分寻找合适的壳模型组态空间，使得ΔE达最小，从而确定m个态的能量。 所得的近似结果可与壳模型计算结果进行比较，以判定该近似方法的好坏。由于给定的哈 密顿量的ej 是固定的，因此求解ΔE极小等价于求解最低m个态的能量和极小。

在给定哈密顿量的模型空间中选取不同的Ha r t r e eFo c k态，它们的投影构 成了1组态子空间。在此空间中构建 Hill-Wheeler 方程，并求解得到1组能量E1≤E2 ≤… 。同时任意改变这些Ha r t r e eFo c k态，所得能量E1 、 E 2 、 …也会相应 改变。2018 年，研究团队成功实现了对这些Ha r t r e eFo c k态同时变分，找到了 最低若干态的能量和极小。通过与前人的模型比较发现，VAP 算法更简单，其波函数更充分 地得到了优化。

（二）核天体研究

探索宇宙元素起源、星系的演化以及恒星的能量起源，需定量研究天体环境中发生的 核过程。宇宙中存在4种核合成的场所：大爆炸原初核合成，恒星平稳燃烧阶段的核合成， 新星、超新星等爆发事件中的核合成以及宇宙线核合成。为理解这些天体核过程，核物理 学家使用核反应截面、核素寿命作为输入量，借助大型计算机开展模拟计算，通过比较模 拟和观测的元素丰度检验并改进天体模型，从而加深人们对天体演化过程的理解。

驱动天体核反应的能量来自于天体场所的原子核热运动，该能量远低于库仑位垒，在 实验室中直接测定天体条件下的核反应截面相当困难。到目前为止，仅少数天体核反应能 在实验室中被推进到天体物理感兴趣的伽莫夫能区。为获取大量天体核反应的数据，通过

测量单核子或多核子集团转移核反应的角分布，提取束缚态的核谱因子、渐近归一化系数

（ANC）或能级宽度，并结合辐射俘获理论模型，导出天体物理S因子和反应率。

世界主要核大国争相开展量子多体方法和微观输运理论、不稳定核的奇异性质，奇特 核反应和裂变机制以及热核能区关键天体核反应研究。我国在这些方面的研究有一定的研 究基础，但缺乏长期稳定的经费支持，人才流失严重，与核强国的差距有拉大的趋势。因 此，迫切需建设先进的北京 ISOL 大科学装置、现代化的实验终端和大规模的计算设施。随 着新装置的投入使用，将为研究远离稳定线原子核结构、反应和爆发性的天体核过程提供 先进的实验平台，特别是将低能核物理研究由稳定线附近的原子核，拓展到质量区更广、 甚至中子滴线附近原子核，为未来 30 年我国核物理基础研究及交叉应用研究实现历史性跨 越提供难得的机会。同时可开展广泛的国际交流，并基此凝聚和培养研究队伍，逐步提高

我国核物理基础研究水平。