当前原子核物理的研究正在沿着高能量（研究核物质性质和相图）、高同位旋（研究不稳定原子核）、以及高电荷和质量极限（研究超重核）三个方向发展。α衰变作为重核和超重核的主要衰变模式之一,在探索不稳定原子核结构、鉴别新合成重核和超重核身份信息、以及寻找重核内的α结团结构方面具有重要的研究意义,长期以来一直是原子核物理的研究热点。提供高精度的α衰变半衰期理论结果用以探索不稳定原子核结构、预言超重核稳定岛中心位置、鉴别实验新合成的超重新元素和核素、寻找重核内存在α结团结构的实验线索具有十分重要的研究意义和迫切的应用需求。针对这些物理目标,本文主要完成了以下几项工作:一、α预形成因子的全局描述一直是α衰变研究领域的难点,微观理论和唯象方法都无法实现对α预形成因子的大范围精确计算。本文从原子核的Geiger-Nuttall定律出发,在国际上首次建立了 α衰变能与α预形成因子的关系,提出了计算α预形成因子的新解析公式,实现了对核素版图上所有发生α衰变核素的α预形成因子的精确计算,并研究了未配对核子对α预形成因子的阻塞效应。本文的工作指出原子核的α衰变能与α预形成因子都可以作为揭示原子核壳效应的观测量,并首次指出Geiger-Nuttall定律不仅可以描述α粒子的势垒隧穿过程,也可以描述α粒子的预形成过程。二、发展原子核的Geiger-Nuttall定律。Geiger-Nuttall定律是原子核物理中非常著名的定律,它指出对于一种同位素,其α衰变半衰期的对数值log10 T1/2与α衰变能的负二分之一次幂Qα-1/2之间存在线性关系。1928年,Gamow证明α衰变是势垒隧穿过程,是重要的量子现象。但是Geiger-Nuttall定律针对不同同位素的参数值不同,推广至预言所有核素至少需要100个参数,且不能描述禁戒α衰变,因此外推能力有限,需要进一步发展。本文通过考虑离心势的贡献和未配对核子的阻塞效应,推导出可以统一描述容许α衰变和禁戒α衰变的少参数,高精度半衰期解析公式,发展了原子核的Geiger-Nuttall定律。三、发展原子核的推广液滴模型。推广液滴模型在液滴模型的基础上引入了准分子形状机制和亲和能。可以自洽完整地描述原子核形状由一体到形成深而窄的脖子再到两个子核相切直至分离的过程。在原子核形成深而窄的脖子再到子核相切直至分离的过程中,亲和能的引入起到了平衡库仑位垒排斥的作用,合理再现了原子核的位垒高度和位置。但是推广液滴模型也有一些局限性,例如（1）推广液滴模型没有考虑离心势,不能描述禁戒α衰变;（2）亲和能参数由重离子核反应实验确定,目前国际上已发展了 30套亲和能,而推广液滴模型一直采用初始版本的亲和能;（3）推广液滴模型没有考虑α粒子形成概率,无法包含原子核结构效应,因此无法实现对现有α衰变半衰期实验数据的精确描述。本文通过引入离心势和基于现有的α衰变半衰期实验数据选择更合适的亲合能,并引入α预形成因子发展了原子核的推广液滴模型,使得对于核素版图上所有发生α衰变的原子核,理论计算的α衰变半衰期可以在2倍以内再现实验数据。并且基于发展的推广液滴模型,预言了实验正在合成的超重核的α衰变半衰期,并从α衰变半衰期和衰变能的角度预言了超重核稳定岛的中心位置为“Z=114,N=184”,为实验核物理学家合成超重核,攀登超重核稳定岛提供了理论参考。四、基于α衰变探索不稳定原子核结构,寻找重核存在α结团结构的实验线索。（1）本文基于新发展的推广液滴模型研究了 Z=50,N=50自共轭双幻核100 Sn和Z=82,N=126双幻核208Pb附近核素的α衰变性质,并从实验数据中提取了这些核素的α预形成因子Pαexp。结果表明,自共轭双幻核100 Sn附近原子核的Pαexp显著大于双幻核208Pb附近类似原子核的Pαexp,并且当原子核向N=Z线移动时,自共轭双幻核100 Sn附近原子核的Pαexp会增强。100Sn附近原子核的一质子-一中子关联能Ep-n和两质子-两中子关联能E2p-2n也大于双幻核208Pb附近类似原子核的Ep-n和E2p-2n。这表明占据相似单粒子轨道的质子和中子之间的相互作用可以增强Pαexp并导致双幻核100Sn附近原子核发生超容许α衰变。另外发现208Pb附近原子核中存在的Pαexp与价质子和价中子的乘积NpNn/Zo+No之间的线性关系,在100Sn区域原子核中不复存在。说明在100Sn附近,N=Z效应在α粒子预形成中起主导作用,而在208Pb附近,壳效应在α粒子预形成中起主导作用。本文的研究提供了重核中存在α结团结构的线索,也提供了质子-中子相互作用对α粒子预形成的重要作用的证据。（2）本文基于新发展的推广液滴模型研究了包括实验最新合成的三个铀同位素214-218U在内的偶-偶钋-铀同位素的α衰变性质,并从实验数据中提取了这些核素的α预形成因子Pαexp。理论计算的α衰变半衰期可以在1.74倍内再现实验数据,为实验提供了重要的理论支持。本文的工作从α衰变能、α衰变半衰期和α预形成因子三方面系统地表明在Z=92铀同位素中N=126闭壳的壳效应依然存在,尽管随着钋同位素向更丰质子的铀同位素演化,其鲁棒性减弱。本文的研究结果也表明,Z=82和N=126满壳附近核素的质子和中子所占据的不同轨道会显著影响α粒子的形成。