相对论电子的物理效应及其在高能天体中的应用

本文对相对论电子的辐射性质、能谱演化和加速机制等进行了简要的介绍。同时，对相对论电子在高能天体中的辐射作用和特性进行了简要的综述。本文给出了相对论电子在Blazar天体的射电辐射机制、光变机制、BL Lac天体的辐射机制以及γ暴的辐射机制等方面的应用研究成果。1、提出了相对论电子的光学薄同步辐射模型：解释Blazar天体的射电平谱：Blazar中心体的剧烈活动，使射电辐射区处于等离子体湍动状态，其中的相对论电子在湍动等离子体波的二交费米加速、激波加速、辐射损失、粒子逃逸和辐射区的绝热减速等物理过程作用下，形成较平的能谱，产生射电平谱。2、提出了新的Blazar天体光变模型：当Blazar天体爆发时，中心天体产生大量的相对论电子，注入喷流中；相对论电子产生同步辐射，并不断损失能量和逃逸辐射区，使它们的能谱快速变化，引起辐射发生快速光变。3、给出了BL Lac天体的等离子体反应堆模型：大量相对论电子从中心天体注入周围的等离子体反应堆中，通过同步辐射快速损失能量，同时这些电子同步吸收反应堆中不透明的光子，产生一个稳定、各向同性的幂律分布，其谱指数为γ＝3；然后，这些相对论电子通过等离子体反应堆的爆发或其表面扩散过程逃逸出来，辐射低频的同步辐射。模型解释了BL Lac天体的高频辐射表现出快速的谱变化性质，即流量减小时谱变陡。4、提出了相对论电子的内激波加速模型，解释γ暴的尖峰光变特性：在γ暴产生的相对论运动的壳层中，有内激波产生；激波在壳层中传播，耗散壳层的运动能，使其中的部分电子加速成为相对论电子。然后，这些电子通过同步辐射产生观测到的γ辐射。模型认为，γ暴中的每个尖峰辐射是一对内激波加速相对论电子的辐射过程，复杂的γ暴光变曲线是多对内激波辐射过程的叠加。     

利用小波分析研究近地空间高能电子的周期变化特征

利用小波变换对GOES (Geostationary Operational Environmental Satellites)系列卫星(GOES 10/11) 1999年3月至2010年12月和风云2号系列卫星(FY 2C/2D) 2004年10月至2012年5月记录的2 MeV高能电子通量变化情况进行了相关研究,发现GOES卫星观测到的高能电子通量存在明显的13.9 d、 27.7 d、 187.0 d和342.9 d周期, FY卫星观测到的高能电子通量存在明显的13.9 d、27.7 d、222.3 d和374.0 d周期,在某些年份GOES和FY卫星均存在9 d的周期,与地磁Dst (赤道环电流指数)、 AE (极光电射流指数)指数周期高度相似.将高能电子通量和Dst、AE指数进行交叉小波分析,并利用该算法的多分辨率特点以及时域、频域局部化分析方法,将数据按不同频率进行分解,从低频系数重构图像和交叉小波谱图可以清楚看出高能电子通量和地磁指数的关系.基于FY和GOES卫星高能电子通量良好的相关性,对多卫星高能电子通量变化短周期相同、中长周期不同进一步研究,对比发现不同地磁扰动引起的GOES和FY卫星高能电子通量变化存在各向异性,小磁暴也可以对高能电子通量造成和强磁暴一样的效果,并且某些时候存在地方时一致的24 h周期.这一结果表明对地磁宁静期高能电子研究至关重要,同时对理解太阳活动,预报高能电子能谱和预警深层充电事件以及验证预测磁暴、亚暴等事件具有重要意义.     

Internet网上的电子学术期刊

主要叙述了Internet网上电子期刊的来源类别、查找的途径、获取的方法 ,同时介绍几个国内外著名的电子学术期刊数据库网站     

耀斑中高能电子与高能质子作用之争

目前在太阳物理中引起巨大争议的热点问题是：究竟是高能电子还是高能质子在耀斑中起主要作用．长期以来,人们一直认为高能电子在耀班中的作用占据主导地位．然而最近的γ射线观测显示约为1MeV的质子所携带的能量可大于电子所携带的能量,从而导致电子、质子作用之争．综合介绍了各家观点,并讨论了可能的结局．     

1975年天鹅座新星(V1500 Cyg)的照相分光光度研究

本文给出新星V1500 Cyg根据1975年8月至1976年1月观测资料得出的距离、星际消光星等、某些发射带的相对强度比、温度、壳层的电子密度和电子温度等物理量。中心星的温度和壳层的电子温度都随新星亮度的下降而逐渐升高。同一时期的中心星温度和壳层的电子温度有某些相似的起伏和变化。     

同步辐射瑞利-金斯波场对高能电子加速

由分析可知，在光学厚的介质中麦氏分布的极端相对论电子在磁场中能产生同步加速辐射，其辐射谱为瑞利—金斯谱．基于Fokker-Planck方程，这种波场对快电子的加速将产生幂律分布的电子能谱．考虑到日冕活动区的物理条件，在太阳耀斑中观测到的10Mev左右的电子能谱很可能就是由同步加速辐射加速快电子产生的．     

超强磁场下的相对论电子

在以前工作的基础上,推导出超强磁场下简并的、相对论的电子压强P。的普遍表达式：讨论了电子的朗道能级量子化;探索了量子电动力学效应（QED）对中子压强占主导的理想的n-P-e气体系统的影响。主要结论包括：Pe与磁场强度B、物质密度P及电子丰度L有关;磁场越强,电子压强越大;增加的压强是由高值的电子费米能引起的;在超强磁场下,磁星内部总压强是各向异性的;如果考虑到各向异性的总压强,磁星可能是一种更致密、形变后类似于椭球状的中子星;如果考虑到磁场能对状态方程的正能量的贡献,相对于普通射电脉冲星,磁星的质量可能更大些。     

超强磁场下的相对论电子

在以前工作的基础上,推导出超强磁场下简并的、相对论的电子压强P e的普遍表达式;讨论了电子的朗道能级量子化;探索了量子电动力学效应(QED)对中子压强占主导的理想的n-p-e气体系统的影响。主要结论包括:P e与磁场强度B、物质密度ρ及电子丰度Y e有关;磁场越强,电子压强越大;增加的压强是由高值的电子费米能引起的;在超强磁场下,磁星内部总压强是各向异性的;如果考虑到各向异性的总压强,磁星可能是一种更致密、形变后类似于椭球状的中子星;如果考虑到磁场能对状态方程的正能量的贡献,相对于普通射电脉冲星,磁星的质量可能更大些。     

漫谈粒子和宇宙（三）

用“云团”来表示原子核周围的电子 科学实验表明,像电子这样的基本粒子,其单个粒子的运动模式,其实一点也不像“粒子”,因为电子在绕行原子核时,并非像行星绕行太阳一样,处在一定的轨道上,恰恰相反,电子是“四散开来”,换一句话说,原子内部的电子似乎是自由“驰骋”,其存在的范围是原子核的约一万倍。     

强磁场对非零温中子星壳层电子俘获反应的影响

本文讨论了强磁场作用下非零温电子气体的化学势，分析了磁场作用下电子气体屏蔽势的变化；以核素３３Ｓ为例，讨论了不同温度下，磁场对电子俘获率的影响，结果表明：在足够低的温度和密度下，足够强的磁场使电子俘获率显著降低，而就中子星表面存在的磁场强度（１０９－１０１３Ｇ）而言，磁场对其电子俘获率几乎没有影响．     

暗物质粒子探测卫星中子探测器的GEANT4模拟

近几十年暗物质研究已逐渐成为天文学研究的重要领域之一,相关理论研究和试验项目日新月异,中国的暗物质粒子探测卫星正是在此背景下提出的.由于暗物质粒子探测卫星的探测对象涉及高能电子,为了减少其他带电粒子(主要是质子)被误认为是电子的事件率,必须采用适当的方法区分质子和电子.实验表明高能质子在BGO(锗酸铋)量能器内发生的强子簇射与电子在BGO量能器内发生的电磁簇射有明显的区别,且强子簇射通常伴随着大量的次级中子产生,通过测量BGO量能器底部出射的次级中子信号和入射粒子在BGO量能器中簇射的形状可以有效区分入射到BGO量能器的粒子是质子还是电子.介绍了暗物质粒子探测卫星中子探测器的构成以及探测原理,利用GEANT4软件,模拟了特征能量的质子和电子在中子探测器中产生的信号,并且总结出了中子探测器在不同电子接收效率情况下的电子、质子区分能力.     

基于MGS探测器掩星观测的火星电离层数据初步分析

该文简要介绍了行星无线电掩星技术的意义、历史和原理.利用MGS探测器无线电科学掩星实验得到的火星电离层电子浓度EDS数据,可研究火星电离层的结构.文中分析了MSG电子浓度廓线的峰值高度随经度的变化特性,并结合火星电离层的Chapman模型和实测的电子浓度廓线,探讨了火星电离层的双层或多层结构的可能性及其物理机制.分析了峰值电子浓度和峰值高度同太阳天顶角的关系和TEC在各数据集中的分布.     

太阳风电子动力学不稳定性

电子是太阳风粒子中最为重要的组分之一,它可以通过多种机制对太阳风产生影响.太阳风中的电子通常具有温度各向异性和束流两种非热平衡分布特征,这些偏离热平衡分布的特征可以通过波粒相互作用激发电子不稳定性和等离子体波动,激发的等离子体波动又可以通过波粒相互作用调制太阳风粒子的分布,从而加热太阳风中的背景粒子.因此电子动力学不稳定性在太阳风的演化过程中扮演了极为重要的角色.详细介绍了太阳风中常见的电子动力学不稳定性,并基于等离子体动力论,详细介绍太阳风传播过程中所出现的各种不稳定性,尤其是在近日球层和太阳大气区域所出现的电子声热流不稳定性以及低混杂热流不稳定性,并分析其波粒相互作用机制,以便更加深入地研究太阳风传播过程中的电子分布函数演化.     

磁星外壳层核素的电子俘获的研究

利用朗道能级量子化近似和核壳层模型,研究了超强磁场对~(53,54,55)Fe的电子俘获的影响.结果表明在超强磁场下的电子俘获率比在弱场近似下的电子俘获率增加了约2个数量级.在弱场近似和磁场为B=4.414×10~(15)Gs条件下计算了每个核素的电子丰度变化率和总的电子丰度变化率,它们一般相差3个量级以上.这些结论对将来的磁星演化的研究起到重要的作用.     

磁化中子星发射线的激射不稳定性理论

在中子星磁轴吸积柱的上部,少数高能电子通过磁镜点反射,可使部份电子的速度分布形成非热分布,由此激发激射(Maser)不稳定性。波被放大,发射出频率近似为电子迴旋频率及其倍频的相干辐射。用此模型计算了HerX-1的迴旋线发射。发现不稳定性增长率与吸积柱中电子数密度成正比,因而比非相干散射产生的连续辐射随电子数密度增长更快;而且发射线的强度和能量均与脉冲相位关联。这个理论可解释近期的HerX-1观测结果。     

强电荷屏蔽下的电子俘获率

分析了电荷屏蔽对超新星前身星环境下的电子俘获反应的影响，分析中强电荷屏蔽势能采用了最近人们利用线性响应理论给出的结果，对核素^56Co，^56Fe，^56Mn电子俘获率的分析计算表明，在低温高密情形下，电荷屏蔽对电子俘获反应的影响较先前的分析的影响程度略小，但电荷屏蔽对电子俘获反应的影响仍然显著。     

太阳活动区磁重联过程中电场加速高能电子分布的演化特征

基于活动区暗条快速上升后其下方电流片重联过程中产生强电场加速电子这一物理过程,解包括库仑碰撞和离子声湍动散射的Fokker-Planck方程,获得电子分布函数的演化特征．计算结果表明(1)当电场强度为1-10V·cm-1时,在10-5-10-6s可将电子加速到(0．1-1)Mev量级;(2)被加速电子近似呈幂律谱分布,其谱指数与耀斑脉冲相微波和硬X射线推断的电子谱指数基本吻合．     

Mark 421天体多波段辐射机制研究

基于对数抛物线型电子分布,用单区、均匀同步自康普顿(Synchrotron Self-Compton,SSC)辐射模型计算BL Lac天体S5 0716+714的多波段能谱,并与Paggi等人的结果进行了比较.模型的计算结果与Paggi等人直接用δ函数近似得到的结果不同,导致该差异的主要原因可能是由于单电子同步辐射的δ函数近似丢失了电子的部分能量而影响逆康普顿散射结果.把该模型分别应用于Mark 421天体的高、中、低3种不同状态下的多波段观测结果,理论计算结果能与不同状态下的观测结果符合得很好.分析认为,观测到的Mark 421天体的不同状态可能是由于喷流内电子分布变化引起的.     

BL Lac天体的谱性质

研究了等离子体反应堆模型,统一解释活动星系核的辐射性质,特别是ＢＬＬａｃ天体的谱性质．具体的物理过程是:大量相对论电子从中心天体注入周围的等离子体反应堆中,通过同步辐射快速损失能量,同时这些电子同步吸收反应堆中不透明的光子,产生一个稳定、各向同性的幂律分布,其谱指数为γ＝３;然后,这些相对论电子通过等离子体反应堆的爆发或其表面扩散过程逃逸出来,产生低频的同步辐射;来自等离子体反应堆的高频辐射表现出快速的谱变化,即流量减小时谱变陡．另外,还详细分析了具有辐射损失和相对论电子注入的同步辐射源的性质．     

恒星内部电荷屏幕对电子俘获反应的影响

本文分析了在恒星环境下，电荷强屏蔽对原子核电子俘获反应的影响，分析中忽略了电荷屏幕对核跃迁矩阵元的影响。作为例子，分别讨论了电荷屏蔽对核素＾３３Ｓ、＾３０Ｐ和＾５７Ｆｅ的电子俘获率的影响。结果表明：在较低温度和较高密度下，由于电荷屏蔽，其电子俘获率相对于无屏蔽情形有明显降低，这可能对恒星晚期演化和超新星爆发理论带来明显的影响。