快中子俘获过程元素的丰度分布对原子核物理输入量的敏感度研究

It has been one of the frontiers, in nuclear physics, astrophysics and some other basic disciplines, that studying the synthesis of heavy elements in the rapid neutron capture process (r-process) and analyzing the solar-system r-process elemental abundance distribution and its origin. This project aims to study the r-process elemental abundance distribution by using dynamic r-process simulations, and then compared with the results from classical r-process calculations, we show that dynamical r-process simulations can improve agreements with the solar r-process abundances in the important regions (mainly focus on the rare earth region of A~160); Considering the nondeterminacy of the nuclear physics input that play important roles in the r-process nucleosynthesis, we plan to research the sensitivity of the r-process abundances to the nuclear physics input (nuclear mass and beta-decay lifetime) with the corresponding data varied in a reasonable range; In the important regions of N=80 and N=126, a reliable theoretical predictions of the neutron-rich nuclear mass will be studied based on different nuclear mass models and relations, and then with these predicted nuclear masses we calculate the r-process elemental abundance in detail. Subsequently, we make a comparison between our results and the solar abundance observations to obtain a local mass relationship corresponding to the best agreement.

研究快中子俘获核合成机制，分析太阳系r-过程元素丰度分布规律及其起源一直是原子核物理和天体物理等基础学科共同探讨的前沿课题之一。本项目拟结合动态r-过程理论模型，分析r-过程核合成元素的丰度分布，并将该丰度分布与经典模型的结果相比较，阐明r-过程动态模型局部的重要区域内再现太阳系r-过程元素丰度分布的优势（主要关注A~160附近的稀土氧化物区域）；基于原子核物理输入量的不确定性，在合理的数值变化范围内，探讨原子核物理的输入量（原子核质量和β衰变寿命）对r-过程元素丰度的具体影响；在N=80和N=126附近的重要区域内，利用各质量公式和理论模型来预言丰中子原子核的质量，并利用该预测的原子核质量进一步模拟计算r-过程元素的丰度。将模拟计算的结果与太阳系r-过程元素丰度的观测数据相比较，期望得到两者吻合效果最佳时的丰中子原子核质量的相互关系。

基于β衰变寿命对研究快中子俘获核合成机制的重要性，我们首先对近年来相对论准粒子无规相位近似(QRPA)对原子核β衰变寿命的研究进展作了一个小结。随之，利用该方法结合原子核计算程序在相对论点耦合模型中详细计算了原子核数处在8-30之间的丰中子偶偶核的β衰变寿命，并基于我们的原子核计算程序，将本项目的研究工作向其他的领域做了一些推广。最后，我们基于一个简单的与天体物理核合成环境无关的方法，利用4个不同的原子核质量模型给出的原子核物理输入量（原子核质量和β衰变寿命）重现了快中子俘获过程中太阳系元素丰度的分布情况，并通过与实际的观察结果相比较详细考察了原子核质量的不确定度对快中子俘获过程的影响。