题目光核反应在核天体物理研究中的重要意义-上海应用物理研究所.PDF

“上海激光电子伽玛源 (SLEGS)”专题研讨会报告/Aug.30th,2010 题目:光核反应在核天体物理研究中的重要意义 一、核天体物理的研究目标 二、恒星演化和各种核过程的简要描述 三、若干核合成过程中的光致裂解反应 四、p-过程研究中(γ, n), (γ,p) 和 (γ,α)反应的关键角色 五、一个实例：181Ta(γ,n)180Ta近阈反应截面的测量 白希祥 中国原子能和学研究院 一、核天体物理的研究目标 核燃烧是恒星抗衡引力收缩的能源，也是宇宙中除氢以外所 有元素赖以合成的唯一机制，在原始大爆炸之后最初几分钟至 恒星寿命终结之前的宇宙和天体演化进程中起极为重要的用。 核天体物理是研究微观世界的核物理与研究宏观世界的天体物 理相融合形成的天体物理分支学科，它应用核物理的知识和规 律探讨： ♥恒星中核燃烧产生的能量及其对恒星结构和演化的影响 ♥ 宇宙中各种元素和同位素合成的过程、时间、物理环境、天体 场所及丰度分布 （基本内容） ♥ 大爆炸以来宇宙中与原子核相关的印迹 ♥ 白矮星、中子星、脉冲星和黑洞的形成、结构及特性 ♥ 宇宙射线的起源及其与星际气体的相互作用 ♥ 星系的化学演化 ♥ 中微子和γ射线天文 在陨石和太阳光球中观测到的核素丰度分布:过程的遗迹。在浩瀚的宇宙 中太阳系只是“沧海一粟”，它只是星系演化过程中形成的一颗较小的 处于氢燃烧阶段的主序星，其中的核燃烧将以氦闪光结束, 对星系演化和 核素合成的影响和贡献甚微。通常所说的宇宙核素丰度指的是太阳系诞 生时的核素丰度。取自N. Grevesse and A.J.Sauval, Standard solar composition. Space Science Review, 85(1998)161-174 大爆炸原 初核合成 恒星中的 核合成 目 数 对 相 质量数 A 偶A核素的丰度通常 偶Z核素的丰度(红)通常 高于奇A核素的丰度 高于奇Z核素的丰度(蓝) (4) 元素核合成过程及丰度分布的模型模拟 反应率、衰变 率本身与天体 物理环境相关 反 复 网络方程:一套非线性微分方程, 包括核反应率, 光致裂解反应率， β衰变和电子俘获率以及中微子引起的反应率。 二、 恒星演化和各种核过程的简要描述 (1) 孤立恒星的演化 恒星中的热核反应是从氢聚变开始的，而恒星的演化则与其中 氢、氦、碳等各种轻元素的热核反应逐级发展的过程紧密地联系 在一起。恒星演化的进程和归宿基本上取决于其初始质量。粗略 地说, 初始质量M0.08M⊙ （M⊙表征太阳质量）的孤立恒星，引 力收缩不能使其达到氢聚变的点火温度，不发生氢燃烧而直接走 向死亡。0.08M⊙M8M⊙的小质量孤立恒星在经历某个轻元素 燃烧阶段后，因剩下的核心区质量不足以通过引力收缩使下一级 聚变反应点火，随着核燃烧的结束而走向死亡，形成各类白矮星。 8M⊙M100M⊙ 的大质量孤立恒星，在完整地经历氢、氦、碳、 氖、氧 和 硅 各平稳核燃烧阶段后，呈现由内至外依次为铁核心 区、未燃尽的硅、镁、氖、氧、碳、氦和 氢的洋葱头式分层结 56 构。由于原子核的比结合能曲线在 Fe处达到极大值，铁以上核 的聚变反应变为吸热反应，因此硅燃烧阶段结束后形成的铁核心 区不能再依靠聚变反应释放能量来阻止引力塌缩，最终导致Ⅱ型 超新星爆发。爆发时的冲击波将大量外层物质抛向星际空间，占 初始质量一小部分的残体最终形成中子星或黑洞。 在大爆炸后宇宙持续膨胀，几十万年之后，宇宙温度降 至几千K, 恒星及星系开始形成和演化 孤立恒星演化进程示意图 星际气