文档介绍：北京化工大学
硕士学位论文
大爆炸动力学方程的研究与计算
姓名:侯素青
申请学位级别:硕士
专业:应用数学
指导教师:吴开谡;陈永寿
20100526
大爆炸动力学方程的研究与计算摘要大爆炸核合成是宇宙模型中非常重要的一环,它不仅是我们了解宇宙早期奥秘的窗口,同时也是探测基本物理最有力的工具,而且这一作用在今天显得更加重要。本文主要对标准的大爆炸模型下控制大爆炸核合成的动力学方程进行研究,并对其进行计算所需的初始量予以详细介绍,其中包括宇宙热力学量,各核素初始丰度,反应率等等。在核合成计算过程中,选取有效的数值方法来求解核反应网络方程是关键。由于天体环境的特殊性,核反应网络方程的刚性非常强,刚性系数大于”司空见惯,这在计算时给我们带来了巨大的困难,为此我们介绍了相应的数值解法。同时我们更新核反应率数据库,利用新的反应率建立核反应网络方程并进行计算。其次,利用我国原子能科学研究院核天体实验小组测得的琘反应率,我们进行核合成模拟重点研究反应链,对暮铣伤鸬作用。我们分别进行了两次核合成模拟计算,一次包括,链,一次不包括此链,计算结果显示在添加了前人研究中忽略的,春的丰度增加了一个量级。为了弄清该反应链对碳氮氧元素合成的具体作用,我还进行了反应流量计算,通过分析碳氮氧的合成,此链在标准的大爆炸模型下开启了一条从轻元素到碳氮氧合成的重要通道,尽管绝对产额依
然很小,但是由于宇宙早期第一代结构塌缩形成的星系的物理机制在很大程度上取决于当时气体云的成份,所以这一发现是十分重要的。关键词:原初核合成,大爆炸模型,宇宙微波背景,网络方程,反应率摘要
甒瑈【,贑琣瑃甈,.瑃,,,
,簆琤,瑀英文摘要,
豢符号说明琚鸙彤弘阱眦乙‰尺度因子温度牛顿常量数密度自旋态数质量分数丰度能量密度压强化学势能质量电荷数时间重子与光子数密度之比反应率甤单位原子质量甤甮’畇~.
盗杰盔遮杰盔羔牟堡保密论文注释:本学位论文属于保密范围,在上年解密后适用本授┧浚汉垂超丝:三超应:￡:丛北京化工大学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名:日期:关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。权书。非保密论文注释:本学位论文不属于保密范围,适用本授权书。导师签名:
第一章引言时,弱反应不再处于平衡状态,中质比近似等于一/,△渐为中子状态,根据这一理论,假如我们追溯到远久时代,那宇宙必定是收缩到一个温度型是单参数模型,核素最终丰度只决定于一个自由参数,即重子与光子数密度的大爆炸过程犹如在一个膨胀的反应堆内进行原初核合成,研究此过程所需的年,哈勃给出著名的哈勃定律颐堑弥S钪嬉恢贝τ诓欢吓蛘偷极高,密度极大的状态,然后由此状态迅速膨胀,逐渐由热变冷,由密到稀不断膨胀,此过程犹如一次极其强烈的爆炸,此即我们通常所说的宇宙大爆炸。二十世纪中期,宇宙微波背景辐射被探测到以后蟊ɡ砺廴〉昧司薮蟮某功。尤其是大爆炸原初核合成,泶蟊P妥钗3晒Φ囊幻妗K我们提供了一个探测早期宇宙的窗口,原初核合成可以探测到从宇宙诞生起的几分之一秒开始到大约几千秒结束时的宇宙情况,它还成功地预测了宇宙背景光子的存在,同时也是我们研究基本物理以及探测未知粒子的强有力工具。大爆炸核合成开始于宇宙温度下降到大约,因为当温度远大于时,弱反应处于平衡状态,中质比几乎是一个固定值,约等于蔽露认陆档降陀与质子质量差。核合成开始后,质子和中子首先通过反应狣生成氘,然而由于早期宇宙是辐射占主导的,光子与重子数比大约为,所以生成的氘很容易被高能光子打碎还原成质子和中子,这种动态平衡直到温度降到低于氘的结合能趴梢杂行Ш铣桑缓箅钟胫首又凶踊蛴胱约汉铣筛重的核素。这样的核合成反应一直进行到温度降到时停止,因为此时反应率太小了。整个过程大约持续秒,生成的核素的丰度就固定下来了,它们分别为氢,氦,锂等的同位素,没有重核生成。其中丰度最大的是笤有%。和喽杂赑的丰度比分别为一,喃和‘。标准的大爆炸模比,只要有了值,最终丰度就可以确定。可喜的是,近些年来随着科技的发展,天文观测越来越精确,对于原初核产额不论从观测方面还是计算方面都取得