European Academy of Natural Sciences Hannover e.V.

Дубовиченко С.Б. Избранные методы ядерной астрофизики. Germany. Lambert Acad. Publ. 2013. 472c.

Предисловие

Применение достижений современной ядерной физики к изучению космических явлений и термоядерных реакций на Солнце и звездах позволило построить качественно согласующиеся с наблюдениями теорию образования, строения и эволюции звезд, и объяснить распространенность химических элементов во Вселенной

Практически любые задачи ядерной астрофизики связаны с определенными проблемами ядерной физики, обычно, сверхнизких энергий и, как правило, легких атомных ядер, участвующих в термоядерных процессах. Например, невозможно рассматривать астрофизические характеристики термоядерных реакций на Солнце и звездах, не привлекая для этого понятий и представлений ядерной физики сверхнизких энергий. Невозможно анализировать процессы, протекавшие при Большом Взрыве, которые, в самом начале, являлись ядерными реакциями при высоких и сверхвысоких энергиях, не привлекая для этого модели и методы современной физики элементарных частиц, например, "Стандартной Модели". Иначе говоря, невозможно рассматривать астрономические явления и физические свойства астрономических объектов, не привлекая для этого законы физики, в целом, и ядерной физики, например, низких энергий, в частности!

Одним из исключительно успешных направлений развития ядерной физики в последние 50 лет стала микроскопическая модель под названием "Метод Резонирующих Групп" (МРГ, А также связанные с ней модели, например, метод генераторной координаты (МГК) или алгебраической версии МРГ. Такой очевидный успех привел большинство физиков к представлению, что только в этом направлении будет возможно дальнейшее получение новых результатов в области ядерной физики низких энергий и ядерной астрофизики. В итоге сложилось очень распространенное, но, по-видимому, ошибочное мнение, что только по этому пути возможно дальнейшее развитие наших представлений о структуре атомного ядра, ядерным и термоядерным реакциям при низких и астрофизических энергиях.

Однако до сих пор не полностью исследованы возможности простых потенциальных двухкластерных моделей (ПКМ), особенно, если они используют концепцию запрещенных состояний (ЗС) и непосредственно учитывают резонансное поведение фаз упругого рассеяния взаимодействующих частиц при низких энергиях . Далеко не всегда для объяснения имеющихся экспериментальных фактов требуются сравнительно сложные МРГ вычисления. Для рассмотрения многих задач достаточно использовать простую ПКМ с ЗС, учитывающую классификацию орбитальных состояний по схемам Юнга и резонансное поведение фаз упругого рассеяния. Такой подход, как будет видно далее, во многих случаях позволяет получить вполне адекватные результаты при описании многих экспериментальных исследований

Поэтому здесь, продолжая рассмотрение термоядерных процессов, протекающих в различных объектах Вселенной на разных стадиях ее формирования и развития, представлены новые достижения в области исследований термоядерных реакций при сверхнизких и низких, т.е. тепловых и астрофизических энергиях и методов их анализа с точки зрения общих законов, подходов и принципов современной ядерной физики. В качестве ядерной модели используется ПКМ и ЗС, которая позволяет рассматривать некоторые термоядерные процессы, а именно, реакции радиационного захвата нейтронов, на основе единых представлений, критериев и методов. Будут рассмотрены некоторые методы решения определенных задач ядерной астрофизики, а именно, термоядерных процессов первичного нуклеосинтеза Вселенной при астрофизических энергиях. Они, кроме того, могут использоваться для описания термоядерных реакций на Солнце и звездах, т.е. рассматриваются некоторые ядерные реакции при низких и сверхнизких энергиях

Книга основана на результатах, примерно, трех-четырех десятков научных статей, опубликованных, в основном, за последние пять-семь лет в России, Европе, США и СНГ и состоит из четырех глав.

Первая из них посвящена описанию общих математических методов расчета некоторых ядерных характеристик для связанных состояний и континуума ядерных частиц, которые используются для нахождения волновой функции системы этих частиц при заданных потенциалах взаимодействия. Определены также общие критерии и методы построения межкластерных потенциалов в непрерывном и дискретном спектре, которые используются далее в рамках потенциальной кластерной модели с запрещенными состояниями и классификацией орбитальных состояний кластеров по схемам Юнга.

Вторая содержит методы, компьютерные программы и результаты фазового анализа упругого рассеяния ядерных частиц p³Не, p⁶Li, p¹²C, n¹²C, p¹³C, n¹⁶O (эта система рассмотрена в четвертой главе), ⁴He⁴He и ⁴He¹²C при астрофизических энергиях. Эти результаты используются для построения парных межкластерных потенциалов взаимодействия в непрерывном и дискретном спектре. Полученные таким образом потенциалы используются далее для расчетов некоторых основных характеристик термоядерных процессов первичного нуклеосинтеза Вселенной [Ошибка: источник перёкрестной ссылки не найден].

В третьей главе приводятся результаты полученные в трехтельных одноканальных моделях некоторых легких атомных ядер, а именно, ⁷Li, ⁹Be и ¹¹B. Они позволяют проверить адекватность построения на основе фаз упругого рассеяния и характеристик связанных состояний парные межкластерные потенциалы. Эти результаты позволяют выяснить применимость полученных таким образом потенциалов в трехтельных задачах и определить целесообразность дальнейшего применения взаимодействий, полученных на такой основе, для описания основных характеристик термоядерных процессов.

И, наконец, четвертая глава посвящена описанию результатов, полученных в рамках потенциальной кластерной модели, для радиационного захвата нейтронов тепловых и астрофизических энергий на некоторых легких атомных ядрах в широкой энергетической области, охватывающей 7-9 порядков по энергии.

В результате рассматриваются все наиболее существенные этапы построения, на основе экспериментальных данных, двухчастичных потенциалов, требуемых в дальнейшем для проведения расчетов основных характеристик термоядерных процессов радиационного захвата. Конечно, данная книга не претендует на исчерпывающее изложение всех методов, используемых в современной ядерной астрофизике даже при объяснении термоядерных процессов. Она посвящена только некоторым методам и результатам ядерной физики низких энергий, которые могут быть непосредственно использованы для решения определенного круга задач ядерной астрофизики при описании термоядерных реакций, протекающих на Солнце, звездах и в процессе образования и развития нашей Вселенной.

Содержание

ПРЕДИСЛОВИЕ	5
ВВЕДЕНИЕ	9
I. МЕТОДЫ РАСЧЕТА	15
Введение	15
1.1 Обзор возможностей кластерной модели	17
1.2 Потенциалы и волновые функции	25
1.3 Методы фазового анализа	27
1.4 Некоторые численные методы	29
1.5 Обобщенная матричная задача на собственные значения
	35
1.6 Общие принципы трехтельной модели	43
1.7 Вариационные методы трехтельной модели	44
1.8 Полные сечения радиационного захвата	48
1.9 Построение межкластерных потенциалов	50
Заключение	53
II. ФАЗОВЫЙ АНАЛИЗ	55
Введение	55
2.1 Фазовый анализ упругого 4Не4Не рассеяния	57
2.1.1 Обзор эксперимента по упругому 4Не4Не рассеянию	57
2.1.2 Методы фазового анализа упругого 4Не4Не рассеяния	59
2.1.3 Проверка компьютерной программы	61
2.1.4 Результаты фазового анализа упругого 4Не4Не рассеяния	64
2.1.5 Программа для 4Не4Не и 4Не12С фазового анализа	80
2.2 Фазовый анализ упругого 4Не12С рассеяния	95
2.2.1 Дифференциальные сечения	95
2.2.2 Фазовый анализ	96
2.3 Фазовый анализ упругого р12С и n12C рассеяния	110
2.3.1 Дифференциальные сечения	110
2.3.2 Контроль компьютерной программы	113
2.3.3 Фазовый анализ р12С рассеяния	117
2.3.4 Фазовый анализ упругого n12С рассеяния	122
2.3.5 Программа для n12С и р12С фазового анализа	129
2.4 Фазовый анализ упругого р6Li рассеяния	141
2.4.1 Дифференциальные сечения	141
2.4.2 Фазовый анализ	142
2.4.3 Программа для фазового анализа	148
2.5 Фазовый анализ и компьютерные программы для рассеяния частиц со спином 1/2+1/2	160
2.5.1 Система со спин-орбитальным взаимодействием	160
2.5.2 Система со спин-орбитой и синглет-триплетным смешиванием	177
2.5.3 Фазовый анализ упругого р13С рассеяния с учетом спин-орбиты	200
Заключение	206
III. ТРЕХТЕЛЬНАЯ МОДЕЛЬ	207
Введение	207
3.1 Трехтельные конфигурации ядра 7Li и трехтельная программа
	209
3.1.1 Потенциалы и фазы	209
3.1.2 Компьютерная программа	213
3.1.3 Трехтельные результаты	233
3.2 Трехтельная модель ядра 9Ве	238
3.2.1 Потенциалы и фазы рассеяния	238
3.2.2 Трехтельные результаты и фотосечения	240
3.3 Трехкластерная структура 11В	248
3.3.1 Потенциалы и фазы	249
3.3.2 Трехтельные результаты	251
Заключение	263
IV. РАДИАЦИОННЫЙ ЗАХВАТ НЕЙТРОНОВ НА ЛЕГКИХ ЯДРАХ	265
Введение	266
4.1 Радиационный захват n2H в кластерной модели	272
4.1.1 Потенциальное описание упругого n2Н рассеяния	272
4.1.2 Полные сечения радиационного n2H захвата	276
4.2 Радиационный n6Li захват	282
4.2.1 Потенциальное описание n6Li рассеяния	282
4.2.2 Полные сечения радиационного n6Li захвата	287
4.3 Кластерная n7Li система	296
4.3.1 Классификация кластерных состояний в n7Li системе	296
4.3.2 Потенциальное описание упругого n7Li рассеяния	299
4.3.3 Радиационный 7Li(n,)8Li захват	308
4.4 Астрофизический n9Be захват	314
4.4.1 Классификация орбитальных состояний в n9Ве системе	314
4.4.2 Потенциальное описание n9Be фаз рассеяния	317
4.4.3 Полные сечения n9Be захвата	324
4.5 Радиационный захват в n12C и n13C системах	330
4.5.1 Полные сечения n12С захвата	330
4.5.2 Полные сечения n13С захвата	342
4.6. Радиационный захват в n14C и n14N системах	352
4.6.1. Классификация n14N и n14C состояний и потенциалы n14С рассеяния	352
4.6.2. Полные сечения n14С захвата	356
4.6.3. Потенциалы n14N рассеяния	360
4.6.4. Полные сечения n14N захвата	365
4.7 Радиационный n15N захват	368
4.7.1 Потенциалы n15N рассеяния	368
4.7.2 Полные сечения n15N захвата	376
4.8 Радиационный захват в n16O системе	387
4.8.1 Фазы и потенциалы n16O рассеяния	388
4.8.2 Полные сечения радиационного захвата	395
4.9 Компьютерная программа для расчетов полных сечений радиационного захвата	404
Заключение	429
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	435
БЛАГОДАРНОСТИ	439
ЛИТЕРАТУРА	441

Рецензенты

• Д.ф.-м.н., профессор Мухамеджанов А.М. (Техасский университет, Техас, США),
• д.ф.-м.н., профессор Страковский И.И. (Вашингтонский университет, Вашингтон, США),
• д.ф.-м.н., профессор Багров В.Г. (ТГУ, Томск, Россия),
• д.ф.-м.н., профессор Ишханов Б.С.
  (МГУ, Москва, Россия),
• Лауреат государственной премии РК, академик НИА РК, д.ф.-м.н., профессор Данаев Н.Т. (КазНУ, Алматы, РК),
• Лауреат государственной премии РК, д.ф.-м.н., профессор Дуйсебаев А.Д. (ИЯФ, Алматы, РК)

Литература

1. Капитонов И.М., Ишханов Б.С., Тутынь И.А. Нуклеосинтез во Вселенной. М.: Нуклеосинтез во Вселенной // М.: Либроком. 2009; Kapitonov I.M., Ishkhanov B.S., Tutyn I.A. Nucleosynthesis in the Universe. Moscow: Librokom. 2009. http://nuclphys.sinp.msu.ru /nuclsynt/index.html (in Russian).
2. Ишханов Б.С., Капитонов И.М., Орлин В.Н. Модели атомных ядер. М.: МГУ. 2009; Kapitonov I.M., Ishkhanov B.S., Orlin V.N. Models of atomic nuclei. Moscow: Moscow state university. 2009. http://nuclphys.sinp.msu.ru/ nucmod/nucmod1.htm (in Russian).
3. Ядерная астрофизика / Под. ред. Ч. Барнса, Д. Клейтона, Д. Шрама. М.: Мир. 1986. 519с.; Barnes C.A., Clayton, D.D., Schramm D.N. Essays in Nuclear Astrophysics. Presented to William A. Fowler. Cambridge University Press. Cambridge. UK. 1982. 562p.
4. Горбунов Д.С., Рубаков В.А. Введение в теорию ранней Вселенной. Теория горячего Большого взрыва. М.: ЛКИ. 2008. 552с.; Gorbunov D.S., Rubakov V.A. Introduction to theory of early Universe. Theory of hot Big Bang. Moscow: LKI. 2008. 552p. (in Russian).
5. http://www.astronet.ru/db/msg/1199352/experiments /exper2.html; http://www.scientific.ru/journal/news/0702 /n140702.html.
6. Вильдермут Л., Тан Я. Единая теория ядра. М.: Мир. 1980. 502с.; Wildermut K., Tang Y.C. A unified theory of the nucleus. Branschweig: Vieweg.  1977. 498p.
7. Mertelmeir T., Hofmann H.M. Consistent cluster model description of the electromagnetic properties of lithium and beryllium nuclei // Nucl. Phys. 1986. V.A459. P.387-416.
8. Descouvemont P., Dufour M. Microscopic cluster model // In: Clusters in Nuclei. V.2. Editor C. Beck. Berlin-Heidelberg: Springer-Verlag. 2012. 353p.
9. Нестеров А.В. и др. Трехкластерное описание свойств легких ядер // ЭЧАЯ 2010. Т.41. С.1337-1424; Nesterov A.V. et al. Three clusters description of light nuclei properties // Phys. Part. Nucl. 2010. V.41. №5. P.716-765.
10. Немец О.Ф. и др. Нуклонные ассоциации в атомных ядрах и ядерные реакции многонуклонных передач. Киев: Наукова Думка. 1988. 488с.; Nemets O.F., Neudatchin V.G., Rudchik A.T., Smirnov Y.F., Tchuvil'sky Yu.M. Nucleon association in atomic nuclei and the nuclear reactions of the many nucleons transfers. Kiev: Naukova dumka. 1988. 488p. (in Russian).
11. Дубовиченко С.Б. Термоядерные процессы Вселенной. Изд. второе, исправленное и дополненное. Серия «Казахстанские космические исследования». Т.7. Алматы: А-три, 2011. 402с.; Dubovichenko S.B. Thermonuclear processes of the Universe. Second edition, revised and updated. Series “Kazakhstan space research” V.7. Almaty: A-tri. 2011. 402p.; arXiv:1012.0877 [nucl-th]. (in Russian).

Скачать оглавление (~1,5 MB)

 

вверх

К конкурсу

 ¦  Impressum  ¦  Datenschutzerklärung  ¦  Contact