● Introduction ● Photodisintegration ● Experimental methods

Slides:



Advertisements
Similar presentations
第三次 HIRFL-RIBLL1 合作组会议 2013 年 8 月 日,兰州市榆中县 苏 俊 中国原子能科学研究院 53 Ni  延迟质子发射测量.
Advertisements

2011年度汇报 科技部973项目 《日地空间天气预报的物理基础与模式研究》 第六课题组:空间天气预报方法和技术的应用与集成研究
基于LAMOST的 致密天体与恒星族的多波段观测 刘继峰 国家天文台 银河系三维结构团组.
第 四 章 核 能 4-1 核能概述 4-2 核分裂 4-3 核融合.
粒子物理卓越创新中心优秀青年骨干 选拔报告
LIFE SCIENCE TECHNOLOGIES: The Digital PCR Revolution
核技术应用与管理 曾志刚.
大型仪器介绍课程 小角X射线散射原理与应用 庄 文 昌 指导老师: 陈 晓.
讲解章节:第一章 卢瑟福模型 第二章 玻尔模型 第三章量子力学导论 第四章电子自旋 第五章多电子原子,泡利原理 第六章,x射线
二維品質模式與麻醉前訪視滿意度 中文摘要 麻醉前訪視,是麻醉醫護人員對病患提供麻醉相關資訊與服務,並建立良好醫病關係的第一次接觸。本研究目的是以Kano‘s 二維品質模式,設計病患滿意度問卷,探討麻醉前訪視內容與病患滿意度之關係,以期分析關鍵品質要素為何,作為提高病患對醫療滿意度之參考。 本研究於台灣北部某醫學中心,通過該院人體試驗委員會審查後進行。對象為婦科排程手術住院病患,其中實驗組共107位病患,在麻醉醫師訪視之前,安排先觀看麻醉流程衛教影片;另外對照組111位病患,則未提供衛教影片。問卷於麻醉醫師
卓越中心青年骨干年度工作报告 周 顺 高能所理论室 2015年11月22日.
第五章 氦原子和多电子原子 4.1 氦原子的光谱和能级 4.2 全同粒子和泡利不相容原理 4.3 多电子原子的电子组态
Chapter 8 Liner Regression and Correlation 第八章 直线回归和相关
Chaoping Li, Zhejiang University
一个引起争论的问题:原子核衰变率是 否与太阳耀斑和地球-太阳距离相关? 白 希 祥 中国原子能科学研究院
版權所有 翻印必究 指導教授:林克默 博士 報告學生:許博淳 報告日期: 2011/10/24. 版權所有 翻印必究 Results and discussion The crystalline peak at 33° corresponds to the diffraction of the (200)
方德清 马余刚 蔡翔舟 田文栋 王宏伟 陈金根 郭威
Manufacture and performance of three 200×200mm² thermal-bonding Micromegas prototypes Zhiyong Zhang(张志永), Liang Guan(管亮),
2015年年终总结 郭宗宽
Thinking of Instrumentation Survivability Under Severe Accident
國立彰化師範大學物理系 Reporter:楊勝州
原子核质量相关物理量中的奇偶性 上海交通大学 物理与天文系 赵玉民.
北京大学激光等离子体加速器 传输束线实验进展
99新課綱內容: 量子現象 1. 光電效應 1-1 黑體輻射 1-2 愛因斯坦 光電效應 1-4 光電效應的應用
§5.6 Hole-Burning and The Lamb Dip in Doppler- Broadened Gas Laser
Black Hole Shadow Image and Visibility Analysis of Sagittarius A*
自引力体系统计物理的新进展 Ping He
组合逻辑3 Combinational Logic
生物芯片技术 刘超 李世燕 谢宏林
中国原子能科学研究院(CIAE) 2018/12/7.
Direct detection of WIMP
邻近宇宙线源对高能电子的贡献 毕效军 粒子天体中心,中科院高能所 山东大学国际交流中心,威海 2017/9/21-23.
參加2006 SAE年會-與會心得報告 臺灣大學機械工程系所 黃元茂教授
Understanding masses of charm-strange states in Regge phenomenology
New Physics Beyond SM: An Introduction
塑膠材料的種類 塑膠在模具內的流動模式 流動性質的影響 溫度性質的影響
赵忠尧奖学金申请报告 刘宏邦 合作导师:郑阳恒.
辐射带 1958年:探险者一号、探险者三号和苏联的卫星三号等科学卫星被发射后科学家出乎意料地发现了地球周围强烈的、被地磁场束缚的范艾伦辐射带(内辐射带)。 这个辐射带由能量在10至100MeV的质子组成,这些质子是由于宇宙线与地球大气上层撞击导致的中子衰变产生的,其中心在赤道离地球中心约1.5地球半径。
高能物理研究計劃 王子敬 中央研究院 Institute of Physics, Academia Sinica.
First-Law Analysis for a Control Volume
Measurement of the continuum Ruds, Ruds(c)+Ψ(3770) and Rhad values in the range from to GeV 张达华 (for BES Collaboration) Institute of High Energy.
Quark Polarization in Relativistic Heavy Ion Collisions
第17届核电子学与核探测技术学术年会, ,兰州
句子成分的省略(1).
正电子技术 叶邦角 2019/4/8.
普通物理 General Physics 21 - Coulomb's Law
M-C simulation Experiment Measurement Magnetic moment Radiative decay
宇宙磁场的起源 郭宗宽 2016两岸粒子物理及宇宙学研讨会
6He的敲出反应机制研究 吕林辉 叶沿林等 北京大学实验核物理组
“Chung-Yao Chao Fellowship” Application
BESIII上t质量 测量现状 张建勇 高能所 代表BESIII t 物理组 中国物理学会高能物理分会第九届全国 会员代表大会暨学术年会
X-γ射线符合测量方法在垒下熔合反应障碍中的应用研究
Safety science and engineering department
Dual-Aircraft Investigation of the Inner Core of Hurricane Nobert
中微子理论进展报告 周顺 (高能所理论室) 2014年11月21日, 北京.
Inter-band calibration for atmosphere
Nucleon EM form factors in a quark-gluon core model
磁星及其活动性的物理本质 —核物理与凝聚态物理的应用
组会报告
利用LHAASO混合探测宇宙线膝区 马欣华 中国科学院高能物理研究所 2010年4月19日
投影组态相互作用方法 (Projected Configuration Interaction(PCI) method
稀土区原子核的形状变化和形状共存 华 辉 北京大学物理学院 2010年7月25-27日全国核结构会议 赤峰.
X-ray sources X-rays have the proper wavelength (in the Ångström range, ~10-10 m) to be scattered by the electron cloud of an atom of comparable size (we.
第十四届全国核结构大会 High-spin States in 165Er 王世陶 中国科学院近代物理研究所 浙江·湖州.
-銀 目錄 -銀的簡介 P.1 有關銀的歷史資料~ P.2-4 金屬的一般性質 P.5 銀與生物所產生的反應 P.6 礦石簡介 P.7
Electromagnetic properties of light nuclei
Principle and application of optical information technology
方德清 马余刚 蔡翔舟 陈金根 郭威 田文栋 王宏伟 曹喜光 傅瑶 周培 张国强
高强度γ射线用于核科学研究 王乃彦 中国原子能科学研究院 北京
中子诱发锕系核裂变后现象的研究 (I)发射中子前裂变碎片质量分布
Presentation transcript:

Photodisintegration reaction measurement: a probe of p-process for nuclear astrophysics ● Introduction ● Photodisintegration ● Experimental methods ● Works by Beihang group Liuchun He, Bao-Hua Sun, Li-Hua Zhu, Jian-Wei Zhao, Meng Wang, Kang Wang School of Physics and Nuclear Energy Engineering, Beihang University

Introduction γ-process in massive stars p-process “g-process” r-process “rapid process” via unstable neutron-rich nuclei Neutron dripline (edge nuclear stablility) 对于稳定的核素,它们的比结合能在56Fe处达到了最大值[3,4],铁以上的元素不能再通过类似氢燃烧,氦燃烧[1]等方式随恒星的演变熔合产生,并且随着元素质子数的增加,原子核内越来越大的库伦位垒导致了带电粒子的俘获反应越来越困难,此时,中性粒子的俘获反应开始起主导作用。各种模型研究表明,元素中的大部分(约99%)原子核主要是通过慢中子俘获过程(s-过程: slow neutron-capture process)[5,6]和快中子俘获过程(r-过程: rapid neutron-capture process)[7]来合成的。 然而,还有一些天然存在的丰质子同位素不在这些中子俘获过程的路径上,它们无法通过s-过程或r-过程来合成,这些元素被称为 p-原子核,如图 1中的156,158Dy、162,164Er和168Yb等。核素图上从元素硒(Se)到汞(Hg)的质量区域,大约30多个这样的 p-原子核[8-10]。与其它稳定同位素相比,p-原子核含有的中子 数较少,与通过s-过程和r-过程产生的同位素相比,它们的同位素丰度和太阳系丰度都极低,见图2。产生它们的天体环境、核合成机制都还不清楚,与其相关的核反应数据也非常缺乏,是当前天体物理核合成研究的重要热点问题之一。 在 II 型超新星[11,12]和Ia型超新星[13]中发生的γ-过程(光 致蜕变反应),热核燃烧期间中子星表面发生的rp-过程(质子俘获反应)[14],或中微子驱动II型超新星的νp-过程(中微子俘获反应)[14],等等。 为了使反应能在恒星演化的时间尺度上发生,温度一般不能低于1.5×109开尔文,而为了保证重元素不会被大量的光致裂变反应而过度侵蚀,一般也不能超过3.5×109开尔文。这样就给p-过程提供三种限制条件:足够丰度的种子核,足够高的温度,以及时间尺度足够短的热过程。 About 99% of the heavy elements are produced during the s and r processes However, a small fraction of neutron-deficient nuclei are bypassed by these neutron-capture processes. The approximately 35 proton-rich nuclei in the mass region between Se (Selenium [səˈlēnēəm]) and Hg (Mercury [ˈmərkyərē]) are believed to be produced by a variety of different processes, usually summarized as the p process. Among others, astrophysical processes producing the p nuclei are the γ process in type II supernovae and type Ia supernovae, the rp process during thermonuclear burning on a neutron-star surface, or the νp process in neutrino driven winds of type II supernovae. Lighter p nuclei are also efficiently produced in type Ia supernoave.

Introduction Typical parameters for γ-process: 2≤ 𝑇 9 (109𝐾)≤3, time scales 𝜏 in the order of seconds. Astrophysical sites not concluded: Oxygen- and neon-rich layers of type II supernovae in massive stars Woosley && Howard, APJS36, 285(1978) Rayet, Prantzos, Arnould, AA 22, 271 (1990). ~ 2000 isotopes ~ 20000 reactions (mainly unstable nuclei) Not possible to measure all the reaction rates in the laboratory. Statistical Hauser-Feshbach model Rare experiment data at A>130 II型超新星爆发中的富氢壳层可能是p-过程发生的地点,这也是恒星演化的最后阶段[12]。 为了使反应能在恒星演化的时间尺度上发生,温度一般不能低于1.5×109开尔文,而为了保证重元素不会被大量的光致裂变反应而过度侵蚀,一般也不能超过3.5×109开尔文。这样就给p-过程提供三种限制条件:足够丰度的种子核,足够高的温度,以及时间尺度足够短的热过程。 为了解决 p-原子核的起源之谜,必须将天体物理和核物理方面的研究与各种来自恒星光谱、陨石样品和核实验的大量“观测”信息相结合,将核天体物理模型与天文观测进行比较。p-过程主要涵盖了大量的光致裂变反应(γ,n)、(γ,p)、(γ,α),也涉及了一部分的质子,中子,α粒子的俘获反应,且它们的质心能量应该远小于1MeV或者小于对应带电核的库仑位垒;而一部分弱相互作用,如β衰变、正负电子俘获、(反)中微子俘获也可能在特定情况下参与到p-过程中。为此,要对p-过程建立系统的可靠的网络方程模型进行计算,则需要同时考虑到质量数A≤210的约2000个核素相关的20000个反应,且主要涉及不稳定原子核的反应数据[17]。 实验上获得天体物理核合成网络中的所有原子核的反应数据是不可能的。其原因除了涉及不稳定核外,还有天体环境对应的能量较低,在较低能量下的核反应截面一般都非常低,实验本身有很大的困难。因此,天体物理对应能量的核反应实验数据一般很少,而关于p-原子核的实验数据就更加稀少。 Up to current knowledge, the majority of the p nuclei are produced by photodisintegration reactions during the γ process within O/Ne burning layers of core-collapse supernovae. When the shock-front passes the O/Ne (Neon) layer, temperatures of 2 GK T 3.5 GK are reached, allowing the partial photodisintegration of preexisting seed nuclei. The γ –process starts with sequences of (γ ,n) reactions. At some point, the (γ ,n) reactions will start to compete with (γ ,p) and (γ ,α) reactions as well as β decays, leading to deflections in the γ -process path. The reaction rates in the γ –process reaction network, which includes thousands of reactions on mainly unstable nuclei, are calculated within the scope of the Hauser-Feshbach (HF) statistical model. In order to obtain reliable model predictions, it is important to put the nuclear-physics input parameters entering these calculations on a firm basis. These nuclear-physics input parameters include nuclear level densities and γ -ray strength functions, which determine the γ width. Moreover, the particle+nucleus optical-model potentials (OMP) are needed to describe the particle widths for protons, neutrons, and α-particles. These parameters can, to some extent, be experimentally tested by laboratory experiments.

Photodisintegration The energy distribution of a thermal photon bath at a temperature T is given by the Planck distribution 700 349 140 Number of -rays at energy E per unit of volume and energy interval In a photon-induced reaction B(,x) A, the distribution leads to a temperature dependent decay rate T) of the initial nucleus B: Cross section of the -induced reaction -flux threshold The larger threshold energy, the smaller T) 3+𝛾→0+1 or 3+𝛾→4+5

At temperature of astrophysical interests Utsunomiya et al., NPA 2006 1-2 MeV Gamow window for (,n) (left panel) and () reactions (right panel) on the ground state of the target nucleus 148Gd. Note the temperature dependence of the position of the Gamow window when the emitted particle is charged as well as the significant changes of the vertical scales in both panels when T9 goes from 2 to 3.

Suggestions for reactions to be studied experimentally A well-known deficiency in the model is the underproduction of the Mo-Ru region, but the region 151 A 167 is also underproduced, even in recent calculations [3]. In this work the sensitivity of the location of the γ process path to reaction rates is investigated, showing which nuclei should be preferred in experimental studies. 表左:产率具有较大误差的核素,下角标表示与(g,n)反应产率接近的反应。 表右:优先进行实验研究的核素。 Thomas Rauscher, PRC, 73, 015804 (2006)

Quasi-monochromatic γ-rays Experiment method Direct determination of reaction rates Bremsstrahlung-induced activation Physics Reports 384 (2003) 1–84_3 Continuous energy distribution photons Superposition method Approximate satisfactorily a black-body Planck spectrum Laser Compton backscattering PHYSICAL REVIEW C 67, 015807 (2003) Quasi-monochromatic γ-rays

Detectors for (γ,X) BF3 3He Time Projection Chamber: Silicon detector: Neutron detectors: BF3 3He liquid scintillating detectors Li-loaded glass detectors

Experiment method (Inverse reactions ) Inverse reactions (p, g), (n, g), (a, g) Activation method:A (x, g) B  Radioactive γ-rays measurements Suitable T1/2 of B Low background In beam measurements: A (x, g) B  in-beam γ-rays measurements High detector efficiency

Experimental setup @ CIAE Beam : 3.4 MeV proton Target: #1 𝒏𝒂𝒕 𝑫𝒚 (𝟏.𝟗𝟐𝒎𝒈/𝒄 𝒎 𝟐 ) #2 𝒏𝒂𝒕 𝑫𝒚 (𝟏.𝟕𝟔𝒎𝒈/𝒄 𝒎 𝟐 ) #3 𝟏𝟔𝟎 𝑫𝒚 (𝟏.𝟖𝟓𝒎𝒈/𝒄 𝒎 𝟐 ) +𝟏𝟗𝟕 𝑨𝒖 (𝟑.𝟓𝟕𝒎𝒈/𝒄 𝒎 𝟐 ) natDy target: 156Dy(0.06%), 158Dy(0.1%), 160Dy(2.34%), 161Dy(18.91%), 162Dy(25.51%), 163Dy(24.90%), 164Dy(28.18%) 160Dy target: 160Dy(51.82%), 161Dy(13.87%), 162Dy(5.79%), 163Dy(3.05%), 164Dy(1.68%), O(17.6%). 改表格 Target Beam time Waiting time Measured time #1 41min 41s 10min 18s 55min 11s #2 40min 36s 7min 20s 1h 05min 13s #3 37min 54s 12min 16s 15h 21min 37s

Experimental setup @ CIAE HPGe detector with 105% relative efficiency, Source is 22.1 mm away from the detector surface. Background: 0.1/s

Correction for summing coincidence with Geant4 L.-C. He et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 880 (2018) 22–27

Spectrum: p + natDy Element abundance: Lifetime of production: 161Ho 2.48 (5) h 161mHo 6.76 (7) s 162Ho 15.0 (10) m 162mHo 67.0 (7) m 163Ho 4570 (25) y 163mHo 1.09 (3) s 164Ho 29 (1) m 164mHo 37.5 (15) m

Spectrum: p + 160Dy 103keV is the only 𝜸 ray visible from 161Ho with branching ratio of 3.9% Element abundance: 160Dy(51.82%), 161Dy(13.87%), 162Dy(5.79%), 163Dy(3.05%), 164Dy(1.68%), O(17.6%).

Contaminations in target p + natDy Lifetime of 511keV: 109.71 min Talys calculation: p + natO 𝟑.𝟒 𝑴𝒆𝑽 18F 2.272 × 10-1 mb p + 160Dy 𝟑.𝟒 𝑴𝒆𝑽 161Dy 3.665 × 10-3 mb Total 𝜷+ intensity: 96.73 %

Contaminations in target p + 160Dy

Contaminations in target Energy-dispersive X-ray spectroscopy Ge  71As 73As 74As 76As Zr  95Nb 96Nb 97Nb Mo  93Tc 95Tc O  18F Ca  48Sc Fe  55Co 58Co Cu  65Zn Zn  65Ga 70Ga The abundances of contamination elements are < 1% except O.

Preliminary Preliminary result Present work 162𝐸𝑟 𝑝,𝛾 163𝑇𝑚 162𝐸𝑟 𝑝,𝑛 162𝑇𝑚 N. Özkan, et al., Phys. Rev. C 96, 045805 (2017) Preliminary Prospect: Obtain more experimental data to cover the Gamow window (𝟒±𝟏 MeV) for Dy isotopes!

Thanks for your attention