Ultra-low background experiments for nuclear astrophysics  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
101328
Type K
Principal investigator Fülöp, Zsolt
Title in Hungarian Alacsony hátterű nukleáris asztrofizikai mérések
Title in English Ultra-low background experiments for nuclear astrophysics
Keywords in Hungarian nukleáris asztrofizika, reakcióhozam, aktivációs módszer
Keywords in English nuclear astrophysics, reaction rates, activation method
Discipline
Physics (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Nuclear physics
Panel Physics 1
Department or equivalent Nuclear astrophysics research group (HUN-REN Institute for Nuclear Research)
Participants Farkas, János
Gyürky, György
Halász, Zoltán
Kiss, Gábor
Somorjai, Endre
Szücs, Tamás
Starting date 2012-01-01
Closing date 2015-12-31
Funding (in million HUF) 18.728
FTE (full time equivalent) 11.05
state closed project
Summary in Hungarian
Az elemek keletkezése magreakciók sorozatán keresztül zajlik. Pályázatunk során a kísérleti atommagfizika kutatási módszereivel a nukleoszintézis megértéséhez fontos folyamatokat vizsgálunk az ATOMKI kutatói által asztrofizikai mérésekre alkalmassá tett aktivációs módszerrel.

1. A LUNA (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics) a világ egyedülálló földalatti gyorsítója, ahol az asztrofizikailag fontos magreakciók mérésére az ad lehetőséget, hogy a föld alatt a kozmikus sugárzás okozta háttér nagyságrendekkel csökken. Itt tervezzük a 17O(p,gamma)18F reakció mérését, mely a nóvákban lejátszódó nukleoszintézist befolyásolja.

2. A Cas A szupernóva robbanása során észlelt 44Ti izotóp keletkezéséért felelős 40Ca(alfa,gamma) reakció rezonanciáit fogjuk vizsgálni, mely eredmények választ adhatnak a 44Ti igen ritka előfordulására.

3. Egy olyan különleges gázcéltárgyat fejlesztünk ki, mellyel az aktivációs mérések ritka nemesgáz izotópokra is kiterjeszthetők. Tervezett méréseink a 3He és 124Xe magokon lejátszódó (alfa,gamma) reakciókra irányulnak.

4. Az ATOMKI és a nápolyi CIRCE laboratórium együttműködésében 7Be izotópot állítunk elő, és azt hosszú felezési idejű radioaktív nyalábként használjuk fel a 7Be(p,gamma) reakció nagy pontosságú vizsgálatához, ezzel pontosítva a Napból származó neutrínók hozamát.

5. Az ATOMKI ciklotronján a 64Zn izotópon lejátszódó összes alfa-indukált magreakciót fogjuk vizsgálni szisztematikusan, eredményeinket az asztrofizikai reakcióhálókban gyakran használt statisztikus modell számításokkal fogjuk összevetni.


Méréseink ötvözik az ATOMKI és a külföldi partnerek részecskegyorsítóinak előnyeit, ezzel egy különleges lehetőséget adnak arra, hogy több eddig megoldatlan asztrofizikai problémára választ találjunk.
Summary
Nucleosynthesis is governed by nuclear reactions. This project intends to solve problems in nuclear astrophysics by ultra low background experimental investigations using the activation method developed and extended by the ATOMKI group for nuclear astrophysics applications.

1. LUNA (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics) is a unique accelerator laboratory, where the drastically reduced cosmic ray intensity allows to measure cross sections of astrophysical relevance. As a member of the LUNA collaboration we will investigate the 17O(p,gamma)18F reaction there, providing first hand information on nova nucleosynthesis.

2. We plan to determine resonance strengths for the 40Ca(alpha,gamma) reaction, responsible for the production of 44Ti that can be observed directly only in the Cas A supernova.

3. A new gas target system will be developed to measure alpha induced reactions on rare noble gas isotopes. The 3He(alpha,gamma)7Be reaction and the 124Xe(alpha,gamma) reaction will be studied as pilot projects.

4. Within the framework of the ATOMKI-CIRCE collaboration, 7Be radioactive material produced by the ATOMKI cyclotron will be accelerated as long lived radioactive beam at CIRCE to determine the 7Be(p,gamma) reaction rate responsible partly for the neutrino yield from the Sun.

5. A complex study on the 64Zn nucleus is planned to determine all (alpha,X) reaction cross sections to test the predictive power of the statistical model, often used in reaction network calculations.

Our investigations combine the ATOMKI accelerator center with other first class infrastructures based in Italy and Germany. This shared work is the guarantee of the highest level scientific output.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Pályázatunk során a kísérleti atommagfizika kutatási módszereivel a nukleoszintézis megértéséhez elengedhetetlen folyamatokat vizsgáltunk. A mérendő reakciók egy része olyan kis hatáskeresztmetszetű az asztrofizikai energiatartományban, hogy azok tanulmányozása a földfelszíni laboratóriumokban nem lehetséges. Ezeket a LUNA olasz földalatti laboratóriumban mértük. Méréseink másik felét, mely elsősorban az asztrofizikai p-folyamat megértése felé irányult az MTA Atomki gyorsítóparkján végeztük. Eredményeink során több esetben először határoztunk meg, vagy jelentősen pontosítottunk hatáskeresztmetszeteket olyan magreakciókra, melyek a nukleoszintézis különböző helyszínein (vörös óriások, nóvák, szupernóvák) keletkezett, Földünkön előforduló izotópok gyakoriságára vannak hatással. Annak köszönhetően, hogy a nukleáris asztrofizikai kísérletek alacsony, de nem extrém alacsony hátteret igényelnek, bebizonyítottuk, hogy már egy sekély földalatti helyszín is kielégítő hátteret szolgáltat számos in-beam γ-spektroszkópiai kísérlethez, ha aktív árnyékolást is használunk. Mivel a sekély földalatti laborok sokkal könnyebben hozzáférhetők, mint a mély földalattiak, ez a felfedezés megadja a lehetőséget a nukleáris asztrofizikai hatáskeresztmetszet mérések intenzívebb kutatásának. 2014-ben rendeztük meg a nukleáris asztrofizika legnagyobb nemzetközi konferenciáját Debrecenben (Nuclei in the Cosmos)
Results in English
Using sophisticated nuclear physics technology we investigated nuclear reaction important to understand nucleosyntheis. Some of the reactions had ultra-low cross sections, therefore the study of those demanded underground conditions, namely, we used the LUNA facility at Gran Sasso, Italy. The second part of our investigations, mostly relevant to the astrophysical p-process has ben performed at the accelerator center of the MTA Atomki institute. As a result of our activities, in several cases we determined for the first time, or at least drastically reduced the error of cross sections of nuclear reactions. Those reactions reflect a variety of astrophysical sites from AGB stars to supernovae, however, all of them are affecting the isotopic abundance of elements on Earth. An important result of our comprehensive background studies proved that already shallow underground sites offer satisfactory background conditions for a number of in-beam γ-spectrometry experiments, if an active shield is applied. As shallow underground facilities are more easily accessible than deep-underground ones, our finding holds the promise of greatly accelerated progress in the field of cross section measurements for nuclear astrophysics. ’Nuclei in the Cosmos’ the main international conference of nuclear astrophysics has been organized by the Atomki group in Debrecen in 2014.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=101328
Decision
Yes





 

List of publications

  
Strieder F., ... Fülöp Zs., Gyürky Gy., E. Somorjai, et al: The 25Mg(p, gamma)26Al reaction at low astrophysical energies, Physics Letters B 707 60, 2012
Szucs T., ... Fülöp Zs., Gyürky Gy., E. Somorjai, et al: Shallow-underground accelerator sites for nuclear astrophysics: Is the background low enough?, European Physical Journal A 48 8, 2012
Scott D., ... Fülöp Zs., Gyürky Gy., Somorjai E., Szucs T., ... et al:: First direct measurement of the 17O(p, gamma)18F reaction cross section at Gamow energies for classical novae, Physical Review Letters 109 2501(5), 2012
Bordeanu C., Gyürky Gy., Elekes Z. , Farkas J., Fülöp Zs., Halász Z., Kiss G.G., Somorjai E., Szücs T.: Thin-window gas cell target for activation cross-section measurements relevant for nuclear astrophysics, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A 693 220, 2012
Palumbo A., ... Fülöp Zs., Kiss G.G., Somorjai E., et al.: Systematic study of the alpha-optical potential via elastic scattering near the Z = 50 region for p-process nuclei, Physical Review C Nuclear Physics 85 5808, 2012
Rauscher T., Kiss G.G., Szücs T., Fülöp Zs., Fröhlich C., Gyürky Gy., Halász Z., Kertész Zs., Somorjai E.: Astrophysical analysis of the measurement of (alpha, gamma) and (alpha, n) cross sections of 169Tm, Physical Review C 86 5804, 2012
Gyürky Gy., Mohr P., Fülöp Zs., Halász Z., Kiss G.G., Szücs T., Somorjai E.: Relation between total cross sections from elastic scattering and alpha-induced reactions: The example of 64Zn, Physical Review C 86 1601, 2012
Halász Z., Gyürky Gy., Farkas J., Fülöp Zs., Szücs T., Somorjai E., Rauscher T.: Investigation of alpha-induced reactions on 130Ba and 132Ba and their importance for the synthesis of heavy p nuclei, Physical Review C 85 5804, 2012
Kiss G.G., Szücs T., Török Zs., Korkulu Z., Gyürky Gy., Halász Z., Fülöp Zs., Somorjai E., Rauscher T.: Investigation of alpha-induced reactions on 127I for the astrophysical gamma process, Physical Review C 86 5801, 2012
Caciolli A., ... Elekes Z., Fülöp Zs. ... Gyürky Gy., ... Somorjai E., Szücs T., ... Trezzi D. (36): Preparation and characterisation of isotopically enriched Ta2O5 targets for nuclear astrophysics studies., European Physical Journal A 48 144(6), 2012
Mohr P., Kiss G. G., Fülöp Zs., Galavíz D., Gyürky Gy., Somorjai E.: Elastic alpha scattering experiments and the alpha-nucleus optical potential at low energies, Atomic Data and Nuclear Data Tables 99 651-679, 2013
Straniero O., ... Elekes Z., Fülöp Zs. ... Gyürky Gy., ... Somorjai E., Szücs T., ... Trautvetter H-P. (31): Impact of a revised 25Mg(p, gamma)26Al reaction rate on the operation of the Mg-Al cycle, Astrophysical Journal 763 2:100(10), 2013
Anders M., ... Elekes Z., ... Fülöp Zs. ... Gyürky Gy., ... Somorjai E., ... Szücs T. (29):: Neutron-induced background by an alpha-beam incident on a deuterium gas target and its implications for the study of the 2H(alpha, gamma)6Li reaction at LUNA, European Physical Journal A 49 2:28(13), 2013
Bordeanu C., Gyürky Gy., Halász Z., Szücs T., Kiss G. G., Elekes Z., Farkas J., Fülöp Zs., Somorjai E.: Activation measurement of the 3He(alpha, gamma)7Be reaction cross section at high energies, Nuclear Physics A 908 1-11, 2013
Izsák R., ... Fülöp Zs., ... Veres G. I. (24): Determining the 7Li(n, gamma) cross section via Coulomb dissociation of 8Li, Physical Review C 88 6:5808(8), 2013
Kiss G. G., Mohr P., Fülöp Zs., Rauscher T., Gyürky Gy., Szücs T., Halász Z., Somorjai E., Ornelas A., Yalcin C., Güray R. T., Özkan N.: High precision 113In(alpha, alpha)113In elastic scattering at energies near the Coulomb barrier for the astrophysical gamma process, Physical Review C 88 4:5804(12), 2013
Schmidt K., ... Elekes Z. , Fülöp Zs. , Gyürky Gy., ... Szücs T., ... Zuber K. (23): Resonance triplet at E alpha = 4.5 MeV in the 40Ca(alpha, gamma)44Ti reaction, Physical Review C 88 2:5803(11), 2013
Rauscher T., Dauphas N., Dillmann I., Fröhlich C., Fülöp Zs., Gyürky Gy.: Constraining the astrophysical origin of the p-nuclei through nuclear physics and meteoritic data, Reports on Progress in Physics 76 6:6201(38), 2013
Gyürky Gy., Vakulenko M., Fülöp Zs., Halász Z., Kiss G. G., Somorjai E., Szücs T.: Cross section and reaction rate of 92Mo(p, gamma)93Tc determined from thick target yield measurements, Nuclear Physics A 922 112-125, 2014
Di Leva A., ... Elekes Z., Fülöp Zs., ... Gyürky Gy., ... Somorjai E., ... Szücs T., ... Trezzi D. (31): Underground study of the 17O(p, gamma)18F reaction relevant for explosive hydrogen burning, Physical Review C Nuclear Physics 89 5803(15), 2014
Mohr P., Kiss G. G., Fülöp Zs., Galavíz D., Gyürky Gy., Somorjai E.: Elastic alpha scattering experiments and the alpha-nucleus optical potential at low energies, Atomic Data and Nuclear Data Tables 99 651-679, 2013
Straniero O., ... Elekes Z., Fülöp Zs. ... Gyürky Gy., ... Somorjai E., Szücs T., ... Trautvetter H-P. (31): Impact of a revised 25Mg(p, gamma)26Al reaction rate on the operation of the Mg-Al cycle, Astrophysical Journal 763 2:100(10), 2013
Anders M., ... Elekes Z., ... Fülöp Zs. ... Gyürky Gy., ... Somorjai E., ... Szücs T. (29):: Neutron-induced background by an alpha-beam incident on a deuterium gas target and its implications for the study of the 2H(alpha, gamma)6Li reaction at LUNA, European Physical Journal A 49 2:28(13), 2013
Bordeanu C., Gyürky Gy., Halász Z., Szücs T., Kiss G. G., Elekes Z., Farkas J., Fülöp Zs., Somorjai E.: Activation measurement of the 3He(alpha, gamma)7Be reaction cross section at high energies, Nuclear Physics A 908 1-11, 2013
Izsák R., ... Fülöp Zs., ... Veres G. I. (24): Determining the 7Li(n, gamma) cross section via Coulomb dissociation of 8Li, Physical Review C 88 6:5808(8), 2013
Kiss G. G., Mohr P., Fülöp Zs., Rauscher T., Gyürky Gy., Szücs T., Halász Z., Somorjai E., Ornelas A., Yalcin C., Güray R. T., Özkan N.: High precision 113In(alpha, alpha)113In elastic scattering at energies near the Coulomb barrier for the astrophysical gamma process, Physical Review C 88 4:5804(12), 2013
Schmidt K., ... Elekes Z. , Fülöp Zs. , Gyürky Gy., ... Szücs T., ... Zuber K. (23): Resonance triplet at E alpha = 4.5 MeV in the 40Ca(alpha, gamma)44Ti reaction, Physical Review C 88 2:5803(11), 2013
Rauscher T., Dauphas N., Dillmann I., Fröhlich C., Fülöp Zs., Gyürky Gy.: Constraining the astrophysical origin of the p-nuclei through nuclear physics and meteoritic data, Reports on Progress in Physics 76 6:6201(38), 2013
Cavanna F., ... Elekes Z., ... Fülöp Zs., ... Gyürky Gy., ... Somorjai E., ... Trezzi D. (31): A new study of the 22Ne(p, gamma)23Na reaction deep underground: Feasibility, setup and first observation of the 186 keV resonance, European Physical Journal A50 11:179(10), 2014
Anders M., ... Fülöp Zs., ... Gyürky Gy., ... Somorjai E., ... Szücs T. (29): First direct measurement of the 2H(alpha, gamma)6Li cross section at big bang energies and the primordial lithium problem, Physical Review Letters 113 4:2501(5), 2014
Gyürky Gy., Fülöp Zs., Halász Z., Kiss G.G., Szűcs T.: Direct study of the alpha-nucleus optical potential at astrophysical energies using the 64Zn(p, alpha)61Cu reaction, Physical Review C Nuclear Physics 90 5:2801(4), 2014
Kiss G.G., Szűcs T., Rauscher T., Török Zs., Fülöp Zs., Gyürky Gy., Halász Z., Somorjai E.: Alpha induced reaction cross section measurements on 162Er for the astrophysical gamma process, Physics Letters B 735 40-44, 2014
Kiss G. G., Szűcs T., Rauscher T., Török Zs., Csedreki L., Fülöp Zs., Gyürky Gy., Halász Z.: Measurement of (alpha,n) reaction cross sections of erbium isotopes for testing astrophysical rate predictions, Journal of Physics G Nuclear and Particle Physics 42 5:5103(10), 2015
Yalcin C., Gyürky Gy., Rauscher T., Kiss G.G., Özkan N., Güray R.T., Halász Z., Szűcs T., Fülöp Zs., Farkas J., Korkulu Z., Somorjai E.: Test of statistical model cross section calculations for alpha-induced reactions on 107Ag at energies of astrophysical interest, Physical Review C Nuclear Physics 91 (2015)4610-X, 2015
Strieder F., ... Fülöp Zs., Gyürky Gy., E. Somorjai, et al: The 25Mg(p, gamma)26Al reaction at low astrophysical energies, Physics Letters B 707 60, 2012
Szucs T., ... Fülöp Zs., Gyürky Gy., E. Somorjai, et al: Shallow-underground accelerator sites for nuclear astrophysics: Is the background low enough?, European Physical Journal A 48 8, 2012
Scott D., ... Fülöp Zs., Gyürky Gy., Somorjai E., Szucs T., ... et al:: First direct measurement of the 17O(p, gamma)18F reaction cross section at Gamow energies for classical novae, Physical Review Letters 109 2501(5), 2012
Bordeanu C., Gyürky Gy., Elekes Z. , Farkas J., Fülöp Zs., Halász Z., Kiss G.G., Somorjai E., Szücs T.: Thin-window gas cell target for activation cross-section measurements relevant for nuclear astrophysics, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A 693 220, 2012
Palumbo A., ... Fülöp Zs., Kiss G.G., Somorjai E., et al.: Systematic study of the alpha-optical potential via elastic scattering near the Z = 50 region for p-process nuclei, Physical Review C Nuclear Physics 85 5808, 2012
Rauscher T., Kiss G.G., Szücs T., Fülöp Zs., Fröhlich C., Gyürky Gy., Halász Z., Kertész Zs., Somorjai E.: Astrophysical analysis of the measurement of (alpha, gamma) and (alpha, n) cross sections of 169Tm, Physical Review C 86 5804, 2012
Gyürky Gy., Mohr P., Fülöp Zs., Halász Z., Kiss G.G., Szücs T., Somorjai E.: Relation between total cross sections from elastic scattering and alpha-induced reactions: The example of 64Zn, Physical Review C 86 1601, 2012
Halász Z., Gyürky Gy., Farkas J., Fülöp Zs., Szücs T., Somorjai E., Rauscher T.: Investigation of alpha-induced reactions on 130Ba and 132Ba and their importance for the synthesis of heavy p nuclei, Physical Review C 85 5804, 2012
Kiss G.G., Szücs T., Török Zs., Korkulu Z., Gyürky Gy., Halász Z., Fülöp Zs., Somorjai E., Rauscher T.: Investigation of alpha-induced reactions on 127I for the astrophysical gamma process, Physical Review C 86 5801, 2012
Gyürky Gy., Vakulenko M., Fülöp Zs., Halász Z., Kiss G. G., Somorjai E., Szücs T.: Cross section and reaction rate of 92Mo(p, gamma)93Tc determined from thick target yield measurements, Nuclear Physics A 922 112-125, 2014
Di Leva A., ... Elekes Z., Fülöp Zs., ... Gyürky Gy., ... Somorjai E., ... Szücs T., ... Trezzi D. (31): Underground study of the 17O(p, gamma)18F reaction relevant for explosive hydrogen burning, Physical Review C Nuclear Physics 89 5803(15), 2014
Cavanna F., ... Elekes Z., ... Fülöp Zs., ... Gyürky Gy., ... Somorjai E., ... Trezzi D. (31): A new study of the 22Ne(p, gamma)23Na reaction deep underground: Feasibility, setup and first observation of the 186 keV resonance, European Physical Journal A50 11:179(10), 2014
Anders M., ... Fülöp Zs., ... Gyürky Gy., ... Somorjai E., ... Szücs T. (29): First direct measurement of the 2H(alpha, gamma)6Li cross section at big bang energies and the primordial lithium problem, Physical Review Letters 113 4:2501(5), 2014
Gyürky Gy., Fülöp Zs., Halász Z., Kiss G.G., Szűcs T.: Direct study of the alpha-nucleus optical potential at astrophysical energies using the 64Zn(p, alpha)61Cu reaction, Physical Review C Nuclear Physics 90 5:2801(4), 2014
Kiss G.G., Szűcs T., Rauscher T., Török Zs., Fülöp Zs., Gyürky Gy., Halász Z., Somorjai E.: Alpha induced reaction cross section measurements on 162Er for the astrophysical gamma process, Physics Letters B 735 40-44, 2014
Kiss G. G., Szűcs T., Rauscher T., Török Zs., Csedreki L., Fülöp Zs., Gyürky Gy., Halász Z.: Measurement of (alpha,n) reaction cross sections of erbium isotopes for testing astrophysical rate predictions, Journal of Physics G Nuclear and Particle Physics 42 5:5103(10), 2015
Yalcin C., Gyürky Gy., Rauscher T., Kiss G.G., Özkan N., Güray R.T., Halász Z., Szűcs T., Fülöp Zs., Farkas J., Korkulu Z., Somorjai E.: Test of statistical model cross section calculations for alpha-induced reactions on 107Ag at energies of astrophysical interest, Physical Review C Nuclear Physics 91 (2015)4610-X, 2015
Bruno C., ... Elekes Z., Fülöp Zs., ... Gyürky Gy., ... Somorjai E., ... Trezzi D. (31): Resonance strengths in the 17,18O(p, alpha)14,15N reactions and background suppression underground, European Physical Journal A 51 1, 2015
Ornelas A., Kiss G.G., ... Fülöp Zs., Gyürky Gy., ... Somorjai E., ... Zilges A. (11): The 106Cd(alpha, alpha)106Cd elastic scattering in a wide energy range for gamma process studies, Nuclear Physics A940 194, 2015
Güray R.T., ... Gyürky Gy., Farkas J., Fülöp Zs., Halász Z., Somorjai E. (9): Measurements of 152Gd(p,gamma)153Tb and 152Gd(p,n)152Tb reaction cross sections for the astrophysical gamma process, Physical Review C91 5:5809(8), 2015
Szücs T., ... Fülöp Zs., ... Wagner L. (12): Determination of gamma-ray widths in 15N using nuclear resonance fuorescence, Physical Review C92 1:4315(9), 2015
Cavanna F., ... Elekes Z., ... Fülöp Zs., ... Gyürky Gy., ... Somorjai E., ... Trezzi D. (34): Three new low-energy resonances in the 22Ne(p, gamma)23Na reaction, Physical Review Letters 115 2501, 2015




 

Events of the project

  
2020-02-10 16:24:08
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Örökségtudományi Laboratórium (Atommagkutató Intézet), Új kutatóhely: Tandetron Laboratórium (Atommagkutató Intézet).



Back »