天体中R过程重元素合成机制网络计算研究

Searching for the origin of the matter in the universe has been a goal of scientists. So far, based on the Big Bang theory and the nucleosynthesis theory, the synthesis mechanism of elements below 56Fe are basisically known. R process is considered to be the main source for nuclei heavier than 56Fe. However, due to the R process is dependent on several physics inputs of neutron rich nuclei, the astrophysical enviroment and the R process nuclei abundance is still not clean. Accurate theoretical description of the physical input of the R process palys a very important role in understanding the astrophysical site and the hevay elements abundance. Therefore, in this project,we will use the more accurate physical input (weak interaction rates including the forbidden transition, the latest nuclear mass table) and also new physics process(such as fission),with the latest nucleosynthesis network calculation program, to study the different physical conditions for heavy element production process. we also want to discuss how different physical input under different astrophysical affect the R process nuclide synthesis. And consequently to constrain the astrophysical site and condition for R process. Through these stuies, one want to find out the origin of heavy elements in the universe, then to enrich the theory of nucleosynthesis and promote the development of nuclear astrophysics theory.

寻找宇宙中物质的来源一直是科学家们的目标，基于大爆炸理论和核合成理论，科学家们已基本掌握了56Fe以下元素的合成机制。对于质量更大的核素，R过程被认为是其主要的来源。但是，由于R过程依赖于丰中子核素的多个原子核物理量输入，因此使得对R过程产生的具体天体环境以及R过程中产生核素的种类、丰度等许多问题依然没有明确的答案。在R过程研究中，原子核物理输入量的准确描述对于掌握R过程产生的天体环境以及核素丰度都有着至关重要的意义。本课题将利用更加准确的原子核物理输入量（考虑禁戒跃迁的弱相互作用几率，最新的原子核质量表等）以及新的物理因素（如Fission等），利用最新的核合成网络计算程序，研究在不同天体环境下R过程的重元素合成过程，讨论不同原子核物理输入和条件对R过程重元素核合成的影响，进而为R过程产生的天体环境以及重元素合成机制提供更准确的理论限制和描述，丰富完善核合成理论，推动核天体理学的发展。

本项目主要主要对R过程核素合成网络计算所需的原子核弱相互作用和R过程核素超新星合成环境下产物中子星产生的天体环境和演化等性质进行了研究。主要考察了R过程计算所需原子核弱相互作用几率的精确计算，研究了禁戒跃迁寿命的规律，禁戒跃迁对弱相互作用几率的贡献以及如何自洽计算包含禁戒跃迁原子核弱相互作用几率；还对R过程合天体环境产物中子星质量关系、产生的环境、吸积辐射等性质进行了研究。本研究发现了不同级次的禁戒跃迁可以用指数公式计算，给出了原子核禁戒跃迁的贡献并提出了包含禁戒跃迁的R过程中重核素的原子核beta衰变寿命计算公式，发现对于R过程核素来说，禁戒跃迁起着重要作用。此外发现，中子星可能存在两种产生天体环境和方式，中子星的电磁辐射对于了解R过程核素合成的环境等研究具有重要意义。本项目研究结果对于极端条件下原子核结构和天体环境下的核素合成和中子星物理具有重要意义。