太阳耀斑产生高能γ射线的过程研究

摘要

太阳是距离地球最近的恒星，也是太阳系中唯一的恒星、唯一的能源基地。对于人类来讲，太阳无疑是宇宙中最重要的天体。太阳是一颗普通的恒星，可以根据太阳的质量、半径、光度、光谱来推算它的表面温度、内部结构、能源机制等；利用太阳的强光，可以观测它的表面细节，测出微小的光度变异，求得一些极为重要的数据；推求黑子、日珥、耀斑等日面活动客体的物理状态及其变化；直接感受太阳风的影响，从而获得日冕和行星际物质的珍贵信息。太阳上的各种物理现象，直接或间接地通过辐射和介质波以及高能粒子的运动，传输到地球周围，对它施加影响。 本文对太阳的基本结构和特性给予简单的介绍，并对太阳的在各种现象中的辐射过程进行了概述。第二章主要介绍了辐射过程中产生高能伽玛射线的理论基础，第三章论述了在太阳耀斑环境下产生高能γ射线的条件，讨论了被加速的带电粒子与太阳大气周围媒介物的核之间互相作用产生太阳耀斑的X射线、γ射线及中子的过程；对几种产生γ射线的机制进行了讨论和分析，包括核的退激发、中子俘获、正负电子湮灭和粒子衰变等；对耀斑过程中的突然放射、渐进放射进行了讨论，分析了延长γ射线放射的两个模型中的高能粒子的围困和粒子的延长加速；论文给出了可能的三个粒子加速模型并对太阳耀斑的加速模型进行讨论：1)对于质子来说，优先考虑随机加速机制；2)而对于电子，低于10MeV的电子可使用随机加速，高于10MeV的电子直流加速电场可能是更好的选择；3)某些耀斑的发生也说明了激波的二阶段加速机制。结论部分对现阶段耀斑现象的理解进行了分析，指出，太阳耀斑期间的丫射线放射并不是大耀斑事件特有的现象。 通过对羊八井ARGO实验模拟数据结果分析，得到ARGO实验的有效面积和探测伽玛射线的角分辨能力，给出了如何利用该实验做出太阳耀斑观测的展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

1太阳及太阳物理简介

1.1太阳物理研究的主要内容

1.2太阳特性和太阳结构

1.2.1太阳分层结构

1.2.2太阳辐射

1.3太阳耀斑

1.3.1耀斑的光学现象

1.3.2耀斑的X射线、远紫外线和射电辐射现象

1.3.3粒子辐射

2高能γ射线产生的理论模型

2.1同步辐射过程

2.2曲率辐射过程

2.3韧致辐射过程

2.4逆康普顿散射

2.5π0的衰变

2.6核相互作用和e+e-的湮灭

3太阳耀斑产生高能γ射线的过程计算结果与分析

3.1太阳——γ射线源

3.2耀斑与粒子加速

3.3在太阳耀斑环境下产生γ射线的条件

3.3.1电子韧致辐射

3.3.2核退激发谱线

3.3.3中子和2.2 MeV谱线

3.3.4 0.511 MeV上的正电子湮灭谱线

3.3.5与π介子有关的连续谱

3.4耀斑过程中γ射线的短暂放射

3.4.1耀斑的演变——突然放射和渐进放射

3.4.2电子和离子作用的时间结构

3.4.3特长γ射线发射

3.5粒子的加速模型和加速机制

3.5.1加速模型

3.5.2加速机制

3.5.3太阳耀斑的加速模型

3.6小结

4羊八井ARGO实验探测太阳耀斑辐射可行性分析

4.1背景介绍

4.2羊八井ARGO实验

4.2.1探测器结构

4.2.2 RPC工作原理

4.2.3目前运行状况

4.3羊八井ARGO实验探测能力的模拟研究

4.3.1模拟软件包的选择

4.3.2模拟数据结果分析

4.4展望

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的科研成果清单