Астрофизический нуклеосинтез - 5 курс, 10 семестр

Цели и задачи

Курс лекций состоит из двух примерно равных по продолжительности частей. Первая часть начинается с изложения качественной картины образования химических элементов и классификации основных процессов нуклеосинтеза в природе, а также обсуждения астрофизических объектов, в которых идут эти процессы. Изложение в этой части предполагается вполне доступным студентам 5 курса ФОПФ МФТИ, как теоретикам, так и экспериментаторам, специализирующимся по астрофизике. Во второй части излагается теория образования тяжелых элементов и различные подходы в моделировании ядерных данных. Предполагается хорошее знание курса теории ядра. Основное содержание этой части рассчитано на теоретиков и на экспериментаторов, занимающихся ядерной астрофизикой. Совместный курс с кафедрой “Теоретическая астрофизика и проблемы термоядерной физики” ФОПФ.

Программа

Часть I.

  1. Ядерная астрофизика и нуклеосинтез. Основные тенденции развития ядерной астрофизики. Основные понятия и величины. Механизм выработки энергии в звездах. Основные характеристики звезд. основные характеристики Солнца Рождение звезды, химический состав звезд
    Термодинамика сверхпроводников в магнитном поле.
  2. Ядерные эпохи: от Большого Взрыва до наших дней; Космическая шкала времени дней, температуры, плотности. Дозвездная стадия эволюции вселенной. Происхождение вещества Первичный нуклеосинтез в горячей Вселенной.
  3. Нуклеосинтез во вселенной и распространенность элементов в природе Классификация фундаментальных процессов нуклеосинтеза легких и тяжелых элементов; Кривая распространенности и карта ядер, Обойденные изотопы; Распространенность элементов, схема кругооборота вещества во вселенной
  4. Механизмы образования новых элементов Ядерные реакции, в т.числе при низких энергиях; эксперимент, теория;
    Ядерные реакции и нуклеоситез при низких энергиях; составное ядро, ядерные ширины, сечение реакции; Нерезонансное сечение захвата нейтрона; нерезонансное сечение взаимодействия заряженных частиц; резонансные сечения, формула Брейта-Вигнера; Астрофизический фактор, пороговые реакции.
  5. Термоядерные реакции и генерация энергии Кинематика ядерных реакций;
    Энергия связи атомных ядер - описание, теории, расчеты; Массовые формулы и модели ; Энергия связи и оболочечная модель ядра
  6. Скорости термоядерных реакции Роль массовых моделей в расчете скоростей ядерных реакций. Термоядерные реакции: общий формализм расчета скоростей реакций, усредненных по максвелловскому спектру; понятие о теории Хаузера-Фешбаха;
    Скорости прямых и обратных реакций Аналитические формулы для термоядерных реакций; скорости прямых и обратных реакций Таблицы и базы данных
  7. Реакции распада и деления Радиоактивный распад, альфа–распад, бета-распад Бета-спектры, влияние кулоновского поля; силовая функция бета-распада, запаздывающие процессы,
    Слабые взаимодействия Деление ядер; распределение ядер-продуктов деления; барьеры деления и параметр делимости;
    Спонтанное, вынужденное и запаздывающее деление; Часть II.
  8. Равновесный и взрывной нуклеосинтез внутри звезды Горение водорода, Протон-протонная цепочка, ветвление, энерговыделение; Горение гелия. CNO-цикл, Ne-цикл и Mg-Al-цикл. Горение углерода и кислорода, Горение кремния; Взрывной нуклеосинтез
  9. Реакции под действием нейтронов Условия протекания, связь оболочечной модели и распространенности элементов в природе. 2 предельных случая нуклеосинтеза: s-, r- процессы - предельные случаи;
    “чистые” r- и s- элементы, экранировка;.
  10. Образование элементов тяжелеет железа; медленный S-процесс S-process - условия протекания и обогащения межзвездной среды; схема образования элементов;
    Теория s-процесса, точное решение уравнений s-процесса; Источники нейтронов источники нейтронов и зависимость n от массового числа A;
  11. r-процесс – взрывное образование тяжелых элементов Принципиальные отличия от s-процесса, сходство; источники нейтронов при быстром нуклеосинтезе; 3-альфа реакция; Связь энтропии и зародышевых ядер; Механизмы обогащения тяжелыми элементами межзвездной среды; Точное решение уравнений r-процесса; объяснение наблюдаемых распространенностей
  12. Классические модели нуклеосинтеза Статические модели, понятие траекторий; Потенциальные примеси в "необычных" сверхпроводящих фазах. Проблема зародышевых ядер и источники нейтронов; Модели: стационарный ток ядер, суперпозиция траекторий; Две стадии быстрого нуклеосинтеза
  13. Динамические модели нуклеосинтеза Кинетическая модель – полная сетка ядерных реакций; Переходные процессы; проблема зародышевых ядер и источник нейтронов; Численное решение уравнений нуклеосинтеза; путь r-процесса и формирование пиков на кривой распространенности
  14. Сценарии r-процесса
    Основная компонента R-процесса; нуклеосинтез при больших значениях энтропии;
    Слияние нейтронных звезд в тесных двойных системах; джеты; роль деления; сверхтяжелые элементы
  15. Дополнительный r-процесс
    Слабая компонента R-процесса; горячий ветер над поверхностью нейтронных звезд;
    Взрывы сверхновых: СН1а, коллапсирующие сверхновые и нейтринный нуклеосинтез: роль нейтрино в образовании тяжелых элементов.
  16. Галактический нуклеосинтез и возраст вселенной Галактический нуклеосинтез. Экспоненциальный и равномерный нуклеосинтез. Влияние вспышек сверхновых; Пары космохронометров и возраст вселенной

Литература