Luận án tiến sĩ vật lý skyrme hartree fock theory for elastic scattering and proton radiative capture reactions of cno nucleosynthesis cycle

Luận án tiến sĩ về lý thuyết Skyrme Hartree-Fock, nghiên cứu tán xạ đàn hồi và phản ứng bắt proton trong chu trình CNO. Tài liệu chuyên sâu về vật lý hạt nhân.

• Tác giả: Nguyễn Lê Anh
• Người hướng dẫn: TS. Bùi Minh Lộc
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG TP. HCM
• Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và vật lý toán
• Đề tài: Lý thuyết Skyrme Hartree-Fock cho tán xạ đàn hồi và phản ứng bắt proton phát gamma của chu trình tổng hợp hạt nhân CNO
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: RADIATIVE CAPTURE REACTIONS IN STARS
• 1.1. Radiative capture reactions
• 1.2. Potential model for radiative capture reaction
• 1.3. Example for proton-deuteron radiative capture
• 2. CHƯƠNG 2: CONSISTENT MICROSCOPIC APPROACH FOR RADIATIVE CAPTURE REACTIONS
• 2.1. Skyrme Hartree-Fock calculation for bound state
• 2.2. Skyrme Hartree-Fock calculation for scattering state
• 2.3. Bound-to-continuum potential model for radiative capture reaction
• 3. CHƯƠNG 3: RESULTS AND DISCUSSIONS
• 3.1. Low-energy elastic scattering and s-state resonances
• 3.1.1. Simple test cases: °O(p,p) and !C(p,p)
• 3.1.2. !°Be(p,p) and the missing resonance state in 4B
• 3.1.3. !*!15O(p,p) and effect of spin-spin potential
• 3.2. Proton radiative capture processes
• 3.5. Applications to !2C(n,+)!12C and O(n, yO
• 4. CONCLUSIONS AND FUTURE PERSPECTIVES
• PHỤ LỤC
• A. Formulation of magnetic dipole transition within potential model
• B. Basic Skyrme Hartree-Fock equations
• C. Link between Skyrme Hartree-Fock and relativistic mean-field models
• D. Tables of numerical values for relevant nuclear reaction rates
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Lý Thuyết Skyrme Cho Phản Ứng Hạt Nhân CNO

Phản ứng hạt nhân CNO (Carbon-Nitrogen-Oxygen) đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất năng lượng và tổng hợp các nguyên tố nặng hơn trong các ngôi sao. Nghiên cứu chi tiết về các phản ứng này đòi hỏi các công cụ lý thuyết mạnh mẽ. Lý thuyết Skyrme Hartree-Fock nổi lên như một phương pháp hứa hẹn, cho phép mô tả cấu trúc hạt nhân và động lực học phản ứng một cách thống nhất. Luận án này tập trung vào ứng dụng của lý thuyết Skyrme trong việc nghiên cứu tán xạ đàn hồi và bắt proton phát gamma trong chu trình tổng hợp hạt nhân CNO. Việc hiểu rõ các phản ứng này là then chốt để giải mã sự tiến hóa của các ngôi sao và sự hình thành các nguyên tố trong vũ trụ. Luận án xây dựng một chương trình tính toán chi tiết, bao gồm cả chuyển dịch lưỡng cực điện từ E1 và M1, sử dụng phương pháp Skyrme Hartree-Fock.

1.1. Chu trình CNO Vai trò trong sự tiến hóa của các ngôi sao

Chu trình CNO là một trong hai quá trình hợp hạch hydro chính trong các ngôi sao, đặc biệt là những ngôi sao có khối lượng lớn hơn Mặt Trời. Quá trình này biến đổi hydro thành heli thông qua một loạt các phản ứng hạt nhân liên quan đến các đồng vị của carbon, nitrogen và oxygen. Hiểu rõ tốc độ của các phản ứng này là rất quan trọng để xác định tuổi, độ sáng và sự phong phú của các nguyên tố trong các ngôi sao. Các phản ứng bắt proton trong chu trình này đặc biệt quan trọng, và việc nghiên cứu chúng đòi hỏi các mô hình lý thuyết chính xác.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu lý thuyết trong Hạt nhân học thiên văn

Các thí nghiệm hạt nhân trực tiếp để đo lường tốc độ phản ứng trong điều kiện sao là cực kỳ khó khăn do tiết diện phản ứng rất nhỏ ở năng lượng thấp. Do đó, các tính toán lý thuyết đóng một vai trò thiết yếu trong việc ngoại suy dữ liệu thí nghiệm đến các năng lượng thiên văn. Lý thuyết Skyrme cung cấp một khuôn khổ nhất quán để mô tả cả cấu trúc hạt nhân và động lực học phản ứng, giảm thiểu sự phụ thuộc vào các tham số điều chỉnh và mang lại những dự đoán đáng tin cậy hơn. Việc xây dựng và kiểm tra các mô hình lý thuyết này bằng dữ liệu tán xạ đàn hồi là một bước quan trọng để đảm bảo độ chính xác của chúng.

II. Thách Thức Mô Tả Chính Xác Phản Ứng Hạt Nhân Năng Lượng Thấp

Mô tả chính xác các phản ứng hạt nhân ở năng lượng thấp, đặc biệt là trong bối cảnh hạt nhân học thiên văn, đặt ra nhiều thách thức đáng kể. Các hiệu ứng nhiều hạt, tương tác tương tác hạt nhân phức tạp và sự cần thiết phải xử lý chính xác vùng liên tục là những yếu tố cần được xem xét cẩn thận. Các mô hình đơn giản hóa thường không đủ để nắm bắt được tất cả các khía cạnh vật lý quan trọng, dẫn đến những bất ổn trong các dự đoán lý thuyết. Luận án này tìm cách giải quyết những thách thức này bằng cách sử dụng lý thuyết Skyrme Hartree-Fock, một phương pháp vi mô có khả năng mô tả cấu trúc hạt nhân và động lực học phản ứng một cách nhất quán.

2.1. Hiệu ứng nhiều hạt trong mô tả Tán Xạ Đàn Hồi và Bắt Proton

Các hạt nhân không phải là những thực thể đơn giản; chúng bao gồm nhiều nucleon tương tác lẫn nhau thông qua tương tác hạt nhân. Những tương tác này tạo ra các hiệu ứng tương quan phức tạp ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của hạt nhân. Khi mô tả tán xạ đàn hồi và bắt proton, điều quan trọng là phải xem xét đầy đủ các hiệu ứng nhiều hạt này để có được kết quả chính xác. Lý thuyết Skyrme Hartree-Fock cung cấp một cách tiếp cận tự quán tính để xử lý các hiệu ứng này, mặc dù có những giới hạn nhất định.

2.2. Vấn đề hội tụ trong tính toán Hartree Fock cho vùng liên tục

Tính toán Hartree-Fock cho vùng liên tục, vốn cần thiết để mô tả các trạng thái tán xạ, có thể gặp khó khăn về vấn đề hội tụ. Các trạng thái liên tục không bị giới hạn và có thể lan rộng ra không gian, đòi hỏi phải sử dụng các phương pháp số đặc biệt và kích thước không gian tính toán lớn. Việc đảm bảo rằng các kết quả tính toán hội tụ một cách chính xác là rất quan trọng để thu được các dự đoán đáng tin cậy về tiết diện phản ứng. Chương trình tính toán được phát triển trong luận án này đặc biệt chú trọng đến vấn đề hội tụ này.

III. Phương Pháp Skyrme Hartree Fock Giải Pháp Hiệu Quả

Lý thuyết Skyrme Hartree-Fock (SHF) là một phương pháp tính toán mạnh mẽ và được sử dụng rộng rãi trong vật lý hạt nhân. Nó dựa trên khái niệm về mật độ năng lượng Skyrme, một tương tác hiệu quả giữa các nucleon cho phép mô tả cấu trúc hạt nhân và các tính chất của nó một cách nhất quán. Phương trình Hartree-Fock được giải để xác định hàm sóng và năng lượng của các nucleon trong hạt nhân. Phương pháp này đã được chứng minh là thành công trong việc mô tả nhiều hiện tượng hạt nhân, và luận án này mở rộng ứng dụng của nó sang lĩnh vực phản ứng hạt nhân năng lượng thấp.

3.1. Mật độ năng lượng Skyrme và các tham số tương tác

Mật độ năng lượng Skyrme là một biểu thức toán học mô tả năng lượng của một hệ hạt nhân như một hàm của mật độ nucleon và các đạo hàm của nó. Nó chứa một số tham số điều chỉnh, được xác định bằng cách khớp với dữ liệu thí nghiệm về các tính chất hạt nhân. Lựa chọn các tham số Skyrme phù hợp là rất quan trọng để thu được các kết quả chính xác trong tính toán Hartree-Fock. Luận án này sử dụng các bộ tham số Skyrme đã được thử nghiệm và chứng minh trong nhiều ứng dụng.

3.2. Xây dựng hàm sóng liên tục sử dụng Lý thuyết Skyrme

Việc xây dựng hàm sóng liên tục trong lý thuyết Skyrme đòi hỏi việc giải phương trình Hartree-Fock với các điều kiện biên phù hợp để mô tả các trạng thái tán xạ. Các hàm sóng này mô tả chuyển động của các nucleon khi chúng tương tác với hạt nhân mục tiêu. Việc tính toán chính xác các hàm sóng liên tục là rất quan trọng để xác định tiết diện tán xạ đàn hồi và bắt proton.

3.3. Mô hình thế cho vùng liên tục Bound to Continuum Potential Model

Luận án sử dụng mô hình thế cho vùng liên tục (Bound-to-Continuum Potential Model) để tính toán xác suất chuyển đổi từ trạng thái liên kết sang trạng thái liên tục trong quá trình bắt proton phát gamma. Mô hình này sử dụng các hàm sóng được tính toán từ lý thuyết Skyrme Hartree-Fock để xác định các phần tử ma trận chuyển đổi điện từ. Việc này cho phép tính toán mặt cắt ngang phản ứng một cách chi tiết.

IV. Ứng Dụng Phân Tích Tán Xạ Đàn Hồi và Bắt Proton trong CNO

Luận án này trình bày các ứng dụng cụ thể của lý thuyết Skyrme Hartree-Fock trong việc phân tích tán xạ đàn hồi và bắt proton trong chu trình CNO. Các tính toán được thực hiện cho các phản ứng quan trọng trong chu trình này, và kết quả được so sánh với dữ liệu thí nghiệm hiện có. Sự so sánh này cho phép đánh giá độ chính xác của lý thuyết Skyrme trong việc mô tả các phản ứng hạt nhân năng lượng thấp và xác định các lĩnh vực cần cải thiện.

4.1. Nghiên cứu Tán Xạ Đàn Hồi proton trên các hạt nhân nhẹ

Luận án trình bày các kết quả tính toán cho tán xạ đàn hồi proton trên các hạt nhân nhẹ như 12C, 16O và 7Be. Các tính toán này cho phép kiểm tra khả năng của lý thuyết Skyrme trong việc mô tả tương tác giữa proton và hạt nhân ở năng lượng thấp. Các mặt cắt ngang phản ứng được tính toán và so sánh với dữ liệu thí nghiệm để đánh giá độ chính xác của mô hình.

4.2. Mô phỏng quá trình Bắt Proton phát gamma trong chu trình CNO

Các tính toán về quá trình bắt proton phát gamma được thực hiện cho các phản ứng quan trọng như 12C(p,γ)13N và 13C(p,γ)14N. Các hằng số tốc độ phản ứng được tính toán và so sánh với các giá trị được sử dụng trong các mô hình thiên văn. Nghiên cứu này cung cấp thông tin quan trọng về tốc độ của các phản ứng này trong các ngôi sao.

V. Kết Luận Tiềm Năng của Skyrme Hartree Fock và Hướng Phát Triển

Luận án này chứng minh rằng lý thuyết Skyrme Hartree-Fock là một công cụ hiệu quả để nghiên cứu tán xạ đàn hồi và bắt proton trong chu trình CNO. Phương pháp này cung cấp một mô tả thống nhất về cấu trúc hạt nhân và động lực học phản ứng, giảm thiểu sự phụ thuộc vào các tham số điều chỉnh. Kết quả của luận án này góp phần vào sự hiểu biết sâu sắc hơn về các phản ứng hạt nhân quan trọng trong hạt nhân học thiên văn và mở ra những hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực này.

5.1. Đánh giá độ chính xác và giới hạn của Lý thuyết Skyrme

Mặc dù lý thuyết Skyrme đã chứng minh được thành công trong nhiều ứng dụng, nhưng nó cũng có những giới hạn nhất định. Một trong những hạn chế chính là sự phụ thuộc vào các tham số Skyrme, có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của các dự đoán. Ngoài ra, lý thuyết Skyrme không tính đến các hiệu ứng tương quan phức tạp có thể quan trọng trong một số phản ứng hạt nhân. Việc đánh giá một cách có hệ thống độ chính xác và giới hạn của lý thuyết Skyrme là rất quan trọng để cải thiện các mô hình lý thuyết.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo hạt nhân lạ và tính toán mạng lưới

Nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc mở rộng ứng dụng của lý thuyết Skyrme Hartree-Fock để nghiên cứu các phản ứng liên quan đến các hạt nhân lạ, những hạt nhân không bền và có số lượng neutron hoặc proton rất khác so với các hạt nhân bền. Ngoài ra, việc tích hợp các kết quả tính toán từ lý thuyết Skyrme vào các tính toán mạng lưới trong các mô hình thiên văn có thể cung cấp một bức tranh toàn diện hơn về quá trình tổng hợp các nguyên tố trong vũ trụ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY - HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF SCIENCE NGUYEN LE ANH SKYRME HARTREE-FOCK THEORY FOR ELASTIC SCATTERING AND PROTON RADIATIVE CAPTURE REACTIONS OF CNO NUCLEOSYNTHESIS CYCLE Doctoral Thesis ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYEN LE ANH LY THUYET SKYRME HARTREE-FOCK CHO TAN XA DAN HOI VA PHAN UNG BAT PROTON PHAT GAMMA LUAN AN TIEN Si TP. Hồ Chí Minh - 2024 VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY - HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF SCIENCE NGUYEN LE ANH SKYRME HARTREE-FOCK THEORY FOR ELASTIC SCATTERING AND PROTON RADIATIVE CAPTURE REACTIONS OF CNO NUCLEOSYNTHESIS CYCLE Speciality: Theoretical and Mathematical Physics Code: 9440103 Reviewer 1: Assoc. Tran Viet Nhan Hao Reviewer 2: Assoc.

Nguyen Quang Hung Reviewer 3: Assoc. Ho Manh Dung Independent reviewer 1: Not applicable Independent reviewer 2: Not applicable SUPERVISORS 1. Bui Minh Loc 2. Nguyen Huu Nha Ho Chi Minh City - 2024 DẠI HỌC QUỐC GIA TP.

HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYÊN LÊ ANH LÝ THUYET SKYRME HARTREE-FOCK CHO TAN XA DAN HOI VA PHAN UNG BAT PROTON PHAT GAMMA CUA CHU TRINH TONG HOP HAT NHAN CNO Ngành: Vật lý lý thuyết và vật lý toán Mã số ngành: 9440103 Phản biện 1: PGS. Trần Viết Nhân Hao Phản biện 2: PGS. Nguyễn Quang Hưng Phản biện 3: PGS. Hồ Mạnh Dũng Phản biện độc lập 1: miễn Phản biện độc lập 2: miễn NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1.

Bùi Minh Lộc 2. Nguyễn Hữu Nhã TP. Hồ Chí Minh — Năm 2024 Declaration of Authorship I declare that this thesis titled “Skyrme Hartree-Fock theory for elastic scat- tering and proton radiative capture reactions of CNO nucleosynthesis cycle” and the work presented in it are my own. No part of this thesis has been submitted for a degree at any other university.

I confirm that this work was done wholly and faithfully while in candidature for the Doctor of Philosophy degree at the University of Science, VNU-HCM under the supervision of Dr. Bui Minh Loc and Dr. Nguyen Huu Nha. Supervisors PhD Student 4.

+ 1/A / 4)/YTYVUUL y ; „ 4 BUI MINH LOC NGUYEN LE ANH _= NGUYEN HUU NHA Acknowledgment Ho Chi Minh City, May 2024 I am sincerely thankful to my supervisors, Dr. Bui Minh Loc and Dr. Nguyen Huu Nha, for instilling in me the fundamental importance of attaining a thor- ough, simplified, and meticulous understanding of research while being attentive to every intricate detail and subtlety. I thank Professor Naftali Auerbach from Tel Aviv University (TAU) and Professor Vladimir Zelevinsky from Michigan State University (MSU) for their invaluable support throughout this research.

A special mention of gratitude goes to Professor Pierre Descouvemont from Uni- versité Libre de Bruxelles (ULB) for providing the first simple computer program of radiative capture during my Master’s studies, which laid the foundation for my research trajectory. I want to express my heartfelt gratitude to my colleagues at the Department of Physics, Ho Chi Minh City University of Education (HCMUE), where I am currently employed, for their invaluable assistance and unwavering support in teaching, fostering an academic environment that has significantly contributed to my professional growth at HCMUE. Furthermore, I am deeply grateful to all those affiliated with the Department of Theoretical Physics, Faculty of Physics and Engineering Physics, Ho Chi Minh City University of Science (HCMUS), VNU-HCM, for their guidance and contributions, which have played a crucial role in shaping my academic journey over the past three years. il I am incredibly honored to receive the 2023 Young Research Award from the Vietnamese Theoretical Physics Society (VTPS).

This recognition is a sig- nificant encouragement for my scientific career. I am indebted to the Master, PhD Scholarship Programme of Vingroup Innovation Foundation (VINIF), code VINIF.003, for their support during my third year as a PhD student. I would also like to acknowledge the assistance provided by the VNU-HCM Post- graduate Scholarship Program during my second year as a PhD student in 2022. Additionally, I am grateful for the Vallet scholarship in 2021.

Lastly, I wish to convey my most profound appreciation to my family for their unwavering and unconditional support throughout my academic pursuits. Specifically, my gratitude knows no bounds for my mother, whose unwavering faith in my abilities has been an inexhaustible source of strength. Her continuous encouragement and belief in my potential have been a guiding beacon, motivat- ing me to surpass my limitations and strive for excellence in every endeavor. Without her love and support, completing this thesis would not have been pos- sible.

I will forever be grateful for her immeasurable sacrifices and steadfast dedication. 11 Lời cảm ơn Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2024 Tôi muốn thể hiện lòng biết ơn sâu sắc đến hai người thầy hướng dẫn, TS. Bùi Minh Lộc và TS. Nguyễn Hữu Nhã, vì đã truyền đạt cho tôi những hiểu biết sâu sắc, tính cẩn thận và sự liêm chính trong nghiên cứu khoa học.

Tôi cũng muốn bày tỏ lòng biết ơn đặc biệt đến GS. Naftali Auerbach từ Dai hoc Tel Aviv (TAU) va GS. Vladimir Zelevinsky từ Dai học Michigan (MSU) về những trao đổi chuyên môn quý giá trong suốt quá trình nghiên cứu. Một lời cảm ơn đặc biệt cũng được gửi đến GS.

Pierre Descouvemont từ Dai hoc Tự do Brussels (ULB) vì đã cung cấp cho tôi chương trình tính toán đơn giản đầu tiên về phan ứng bắt hạt phát gamma trong quá trình tôi học Thạc sĩ, điều này đã đặt nền tảng cho hành trình nghiên cứu của tôi sau này. Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các đồng nghiệp tại Khoa Vật lý, Trường Dai học Sư phạm Thanh phố Hồ Chí Minh (HCMUE), nơi tôi hiện đang làm việc, vì những hỗ trợ và ủng hộ trong việc giảng dạy, xây dựng một môi trường học thuật đóng góp đáng kể vào sự phát triển chuyên môn của tôi tại HCMUE. Hơn nữa, tôi rất biết ơn các thầy tại Bộ môn Vật lý lý thuyết, Khoa Vật lý và Vật lý kỹ thuật, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (HCMUS), ĐHQG-HCM, vì đã giảng day cho tôi nhiều kiến thức chuyên sâu, đóng vai trò quan trọng trong hành trình học thuật của tôi trong suốt thời gian học Thạc sĩ và Tiến sĩ. lv Tôi vô cùng vinh dự khi được nhận Giải thưởng Nghiên cứu Trẻ năm 2023 của Hội Vật lý lý thuyết Việt Nam (VTPS).

Sự ghi nhận này là sự khích lệ đáng kế cho sự nghiệp khoa học của tôi. Tôi rất biết ơn Chương trình Hoc bổng Thạc sĩ, Tiên sĩ của Quỹ Đổi mới sáng tạo Vingroup (VINIF), mã VINIF.003, vì sự hỗ trợ trong năm thứ ba làm nghiên cứu sinh của tôi. Tôi cũng muốn ghi nhận sự hỗ trợ được cung cấp bởi Chương trình Học bổng Sau đại học ĐHQG- HCM trong năm thứ hai làm nghiên cứu sinh của tôi vào năm 2022. Hơn nữa, tôi cũng biết ơn Học bổng Vallet vào năm 2021.

Cuối cùng, tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến gia đình của tôi vì sự ủng hộ không ngừng và vô điều kiện trong suốt quá trình theo đuổi học vấn của tôi. Đặc biệt, lòng biết ơn không giới hạn đối với mẹ, người đã luôn tin tưởng vào khả năng của tôi. Sự khích lệ và niềm tin vào tiềm năng của tôi là ngọn đèn chỉ dẫn, thúc đẩy tôi vượt qua những khó khăn va phan đấu không ngừng trong mọi công việc. Nếu không có tình yêu và sự hỗ trợ của mẹ, việc hoàn thành luận án này không thể thành hiện thực.

Tôi sẽ mãi biết ơn vì sự hi sinh của mẹ. Contents Declaration of Authorship i Acknowledgment ii Contents vi Thesis Information ix List of Figures XV List of Tables xix Notation xxi Introduction 1 1 Radiative capture reactions in stars 9 1.1 Radiative capture reactions .2 Potential model for radiative capture reaction.2 Example for proton-deuteron radiative capture. 20 2 Consistent microscopic approach for radiative capture reactions 23 vi 2.1 Skyrme Hartree-Fock calculation for bound state.2 Skyrme Hartree-Fock calculation for scattering state.3 Bound-to-continuum potential model for radiative capture reaction 38 3 Results and discussions 41 3.1 Low-energy elastic scattering and s-state resonances .1 Simple test cases: °O(p,p) and !C(p,p).2 !°Be(p,p) and the missing resonance statein 4B.3 !*!15O(p,p) and effect of spin-spin potential .2 Proton radiative capture processes .4 MO(py)VF Quy ee 67 3.5 Applications to !2C(n,+)!12C and O(n, yO. 69 Conclusions and future perspectives 75 References 77 Publication 95 Appendices 98 Appendix A Formulation of magnetic dipole transition within po- tential model 99 Appendix B Basic Skyrme Hartree-Fock equations 102 vii Appendix C Link between Skyrme Hartree-Fock and relativistic mean-field models 113 Appendix D Tables of numerical values for relevant nuclear reac- tion rates 117 vill THESIS INFORMATION Thesis title: Skyrme Hartree-Fock theory for elastic scattering and proton ra- diative capture reactions of CNO nucleosynthesis cycle Speciality: Theoretical and Mathematical Physics Code: 9440103 Name of PhD Student: Nguyen Le Anh Academic year: 2020-2023 (Extended to 12/2024 due to COVID-19 pandemic) Supervisor: Dr.

Bui Minh Loc and Dr. Nguyen Huu Nha At: VNUHCM - University of Science 1. Summary The thesis focuses on using the framework of Skyrme Hartree-Fock in con- tinuum to analyze low-energy proton-induced reactions, particularly radiative capture reactions at energies relevant to nuclear astrophysics. These reactions are of great importance in nuclear astrophysics.

The study uses the bound-to- continuum potential model to examine cross sections. The work includes the determination of both single-particle bound and scattering states to calculate electromagnetic transition matrix elements. The low-energy behavior of the astrophysical S factor is extracted and compared with previous studies. The research unequivocally illustrates that the Skyrme Hartree-Fock framework is a highly effective tool for examining radiative capture reactions at stellar ener- gies.

In addition, the approach is shown to accurately reproduce the excitation functions of proton elastic scattering at the energies near the proton-emission threshold, demonstrating the applicability of the Skyrme Hartree-Fock in con- tinuum approach. Novelty of thesis The thesis introduces a microscopic and consistent approach for both low- energy proton elastic scattering and radiative capture reactions of the CNO nucleosynthesis cycle. The proposed framework can offer a practical approach to explain nuclear scattering at the energies near the proton-emission threshold with minimal experimental input. Applications/ Applicability /Perspective In this thesis, a computer program has been meticulously developed to per- form comprehensive calculations of radiative capture reactions, accounting for both £1 and M1 transitions.

The program uses the framework of Skyrme Hartree-Fock, developed in the 1970s, enabling the reproduction of highly ac- curate and intricate nuclear reaction calculations. It is important to highlight my contribution to this program, as the landscape of available tools for radia- tive capture reactions is relatively sparse. Existing programs are often vast and cumbersome, or the omission of M1 transition calculations. Our goal is to offer an invaluable resource for researchers seeking highly accurate calculations of the cross sections in radiative capture reactions.

Our theoretical calculation of radiative capture cross sections plays a cru- cial role in understanding stellar nucleosynthesis, nuclear astrophysics, and the synthesis of elements in various astrophysical environments. Furthermore, the thesis contributes significantly to the enrichment of nuclear data evaluations. Building upon the foundations laid out in this study, several further works can be carried out. Firstly, radiative capture reactions involving exotic and unstable nuclei will be investigated using the same Skyrme Hartree-Fock framework.

This extension can shed light on the role of nuclear structure effects in astrophysical scenarios involving rare isotopes. Additionally, integrating our precise cross sec- tion predictions into astrophysical network calculations represents a pivotal step toward enhancing our understanding of nucleosynthesis across a range of astro- physical environments.