[論文レビュー] Selected methods of nuclear astrophysics

S. B. Dubovichenko|arXiv (Cornell University)|Jan 14, 2012

Nuclear physics research studies参考文献 31被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、低エネルギーおよび超低エネルギーにおける軽い原子核の核物理学的パラメータを計算する高度な計算手法を提示する。主な焦点は位相シフト解析と三体モデルであり、弾性散乱データから共役されたクラスター間ポテンシャルを導出し、星における核融合反応および初期宇宙の反応をモデル化する。7Li、9Be、11B系への応用を通じて、より精度の高い天体物理学的反応速度予測のための枠組みを提供する。

ABSTRACT

The book covers the certain questions of nuclear physics and nuclear astrophysics of light atomic nuclei and their processes at low and ultralow energies. Some methods of calculation of nuclear characteristics of the thermonuclear processes considered in nuclear astrophysics are given here. The obtained results are directly applicable to the solution of certain nuclear astrophysics problems in the field of description of the thermonuclear processes in the Sun, the stars and the Universe. The book is based on the results of approximately three-four tens of scientific papers generally published in recent five-seven years and consists of three sections. The first of them covers the description of the general methods of calculation of certain nuclear characteristics for the bound states or the continuum of quantum particles. The second section deals with the methods, the computer programs and the results of the phase shift analysis of elastic scattering in the p3He, p6Li, p12C, n12C, p13C, 4He4He and 4He12C nuclear systems at low and ultralow energies. The results obtained on the basis of three-body models of certain light atomic nuclei are given in the third section, notably the 7Li, 9Be and 11B nuclei which are used for examination of the conjugated intercluster potentials determined on the basis of the phase shifts of elastic scattering and using then in the nuclear astrophysics problems connected with the description of the thermonuclear processes in the Universe. The book will be useful for advanced students, postgraduate students and PhD doctoral candidates in universities and research institutes in the field of astrophysics and nuclear physics. The book is presented in Russian with a few inserts into English.

研究の動機と目的

• 星における核融合反応に関連する低エネルギーおよび超低エネルギーの軽い原子核の核的性質を計算する技術を開発・適用すること。
• p-3He、p-6Li、p-12C、n-12C、p-13C、4He-4He、および4He-12C系における弾性散乱位相シフトを解析し、クラスター間ポテンシャルを抽出すること。
• 7Li、9Be、11B原子核の三体モデルを、位相シフトから導出したポテンシャルを用いて構築し、天体物理学的反応速度の計算を行うこと。
• 太陽、星、および初期宇宙における核反応を理解するための理論的基盤を提供すること。

提案手法

• 軽い原子核系における低エネルギー弾性散乱データの位相シフト解析により、散乱振幅およびポテンシャルパラメータを抽出すること。
• 7Li、9Be、11B原子核における束縛状態および共鳴構造を記述するため、三体モデルの応用。
• p-3He、p-6Li、p-12C、n-12C、p-13C、4He-4He、および4He-12C系の位相シフトデータに基づき、共役されたクラスター間ポテンシャルの構築。
• コンピュータプログラムを用いて、結合エネルギー、幅、反応断面積などの核的性質を計算すること。
• 水素燃焼およびヘリウム合成のための天体物理学的反応速度計算に結果を統合すること。
• 実験データとの比較および核天体物理学フレームワーク内での一貫性チェックを通じたモデルの妥当性検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低エネルギー弾性散乱の位相シフト解析は、軽い原子核における信頼性の高いクラスター間ポテンシャルを抽出するためにどのように利用できるか？
• RQ2 7Li、9Be、11Bの構造を低励起エネルギー領域で最もよく記述する三体モデルの構成は何か？
• RQ3 散乱データから導出されたクラスター間ポテンシャルは、星環境における核融合反応速度の予測にどのように影響を与えるか？
• RQ4 p-3Heおよび4He-12C系における計算された核的性質は、実験データとどの程度一致するか？
• RQ5 超低エネルギー核反応が、太陽および初期宇宙における主要な核融合プロセスの速度に及ぼす影響は何か？

主な発見

• 低エネルギーおよび超低エネルギーにおけるp-3He、p-6Li、p-12C、n-12C、p-13C、4He-4He、および4He-12C系の位相シフト解析により、天体物理学的モデリングに適した一貫性のあるクラスター間ポテンシャルが得られた。
• 位相シフトから導出したポテンシャルを用いた7Li、9Be、11B原子核の三体モデルは、既知の束縛状態の性質および共鳴構造を良好に再現した。
• 導出されたクラスター間ポテンシャルにより、星環境における主要な核融合反応の天体物理学的S因子の予測が向上した。
• この手法的枠組みは、低エネルギー散乱系において実験データと整合しており、核天体物理学における応用の妥当性が裏付けられた。
• 本研究の結果は、星における水素およびヘリウム燃焼、およびビッグバンヘリウム合成に関連する反応速度を計算する基盤を提供する。
• 本書の計算ツールおよびモデルは、太陽や他の星系における核天体物理学の問題解決に直接応用可能である。