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核天体物理是天体物理的一个重要分支,它研究的是与核物理相关的天体物理过程.本文介绍我读研期间对这个领域的一些了解和所做的工作.
对于核合成,人们感兴趣的有两方面的内容.一是各种元素的产量,二是释放的能量.为了得到这些信息,需要进行核合成计算.但是,除开慢中子俘获过程等少数几个情况可以给出解析解外,绝大部分情形需要数值求解.核反应网络方程组是一个刚性常微分方程组,同时它的Jacobian矩阵通常是稀疏矩阵.这些特点给核反应网络的数值求解带来了很大的困难.正是由于存在这些困难,使得国内核合成方面的研究还不多.我们运用国外专家编写的核反应网络程序来开展研究.为此我们对程序进行了大量的解读、调试和修改,目前已经能独立进行核合成计算.我们的努力,为今后工作的进一步开展打下铺垫,也能给国内相关的同行开展工作提供一些借鉴.
在掌握了核反应网络程序之后,我们对黄超巨星钠超丰问题进行了研究.黄超巨星的钠超丰问题已经发现了20多年,却一直没有定论.对这个问题的研究,一般从恒星的动力学或者核物理两个方面进行.我们从核物理的角度对这个问题进行探讨.我们首先分析了合成钠的反应网络,并找出几个有可能影响钠产量的反应.这些反应形成的复合核是不稳定核,它们的能级不容易测定,因而反应速率可能有较大的不确定性.然后我们逐一调节它们的反应速率,将调节后的反应速率代入核反应网络程序进行计算,以此来考察它们对钠产量的影响.通过这种方法,我们发现调节21Ne(p,γ)22Na的速率有望解决钠超丰的问题.然后,我们与前人工作进行比较,推断出为了解决钠超丰问题,该反应的速率可能只需要提高不到10倍.我们的工作给钠超丰问题的解决提供了新的思路.
本文分为五部分:第一章介绍了核天体物理的概况,第二章讨论热核反应的物理模型,介绍了结合能、隧道效应、核反应截面、反应速率和电荷屏蔽的知识.第三章介绍核反应网络,其中有大量的内容是我们在解读、调试和修改程序过程中积累的经验.第四章是我们对黄超巨星钠超丰问题所做的探讨.第五章总结了我们的工作,展望了可以开展的工作.