![](img/space.gif) |
A 13C(α,n)16O asztrofizikai kulcsreakcióhoz kapcsolódó kísérletek
|
súgó
nyomtatás
|
Ezen az oldalon az NKFI Elektronikus Pályázatkezelő Rendszerében nyilvánosságra hozott projektjeit tekintheti meg.
vissza »![](img/space.gif)
![](img/space.gif)
|
![](img/print_ver.gif) |
Projekt adatai |
|
|
azonosító |
![](img/space.gif) 129060 |
típus |
PD |
Vezető kutató |
Csedreki László |
magyar cím |
A 13C(α,n)16O asztrofizikai kulcsreakcióhoz kapcsolódó kísérletek |
Angol cím |
Experiments related to the 13C(α,n)16O astrophysical key reaction |
magyar kulcsszavak |
Asztrofizikai S-folyamat, neutron keltési hatáskeresztmetszet, aktivációs technika |
angol kulcsszavak |
Astrophysical S-process, neutron production cross section, activation technique |
megadott besorolás |
Asztrofizika (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma) | 100 % |
|
zsűri |
Fizika 1 |
Kutatóhely |
Nukleáris asztrofizika kutatócsoport (HUN-REN Atommagkutató Intézet) |
projekt kezdete |
2018-10-01 |
projekt vége |
2023-09-30 |
aktuális összeg (MFt) |
15.807 |
FTE (kutatóév egyenérték) |
2.10 |
állapot |
lezárult projekt |
magyar összefoglaló A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A pályázat fő célja, nagy pontosságú magfizikai adatok meghatározása az ú.n. asztrofizikai s-folyamat vizsgálatához.Az AGB csillagokban a 13C(α,n)16O magreakció termeli az asztrofizikai s-folyamathoz szükséges neutronokat, amely felelős az univerzumban lévő nehéz elemek izotópjainak közel felének keletkezéséért. A reakció releváns csillagbeli hőmérséklete a Eα,c.m.=140 - 230 keV Gamow energiának felel meg.A 13C(α,n)16O magreakció Gamow ablakba extrapolált hatáskeresztmetszete közel egy nagyságrendű bizonytalansággal terhelt, amit egyrészt az alacsony energiás kísérleti adatok nagy bizonytalansága, másrészt a 17O mag küszöbenergia közeli nívójának vitatott ismerete okoz. A 13C(α,n)16O magreakció alacsony energiás hatáskeresztmetszetének meghatározását a LUNA földalatti laboratóriumában végezzük, amely mai napig az egyetlen alacsony háttérrel rendelkező részecskegyorsítón alapuló mély földalatti létesítmény. A mérésekhez 3He számlálókon alapuló neutronrendszert alkalmazunk.A hatáskeresztmetszet mérésekhez szükséges alacsony háttérkörnyezet mellett, azonban elengedhetetlen a kísérleti paraméterek nagypontosságú ismerete. Ezért a vizsgált céltárgyak jellemzését magreakció-analízis módszerrel végezzük a 13C(p,γ)14N magreakció Ep,lab=1750 keV környéki rezonanciájának alkalmazásával. A neutronrendszer hatásfokát és az ehhez szükséges kiegészítő méréseket proton- és alfa-indukált magreakciók felhasználásával valósítjuk meg, aktivációs technikával kiegészítve.Ezeket a kísérleteket az Atomkiban valósítjuk meg a helyi asztrofizikai csoport tapasztalatára építve. A várható eredmények nagy lépést jelentenek a vason túli elemek, s-folyamatban történő keletkezésének megértésében.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. A projekt fő tudományos kérdése a 13C(α,n)16O magreakció csillagbeli hőmérsékletén történő viselkedésére irányul. A direkt és indirekt módszerekkel meghatározott kísérleti adatok extrapolációja nagy kihívást jelent az alacsony energiás hatáskeresztmetszet adatok nagy bizonytalansága és a 17O mag küszöbenergia közeli nívójának vitatott ismerete miatt. A 13C(α,n)16O magreakció hatáskeresztmetszetének direkt meghatározása a Eα,c.m. = 250-300 keV energia-tartományban, megközelítve a Gamow ablakot, hozzájárul az s-folyamat eme kulcsreakciójának mélyebb megértéséhez, az extrapolációhoz szükséges R-mátrix illesztések pontosságának és általában az asztrofizikai következtetések hitelességének növeléséhez. A LUNA kísérleti berendezés neutrondetektálási hatásfokához, más reakciók mellett, a 51V(p,n)51Cr magreakciót kívánjuk alkalmazni, amely alkalmas mono-energiás neutronok termelésére a néhány keV neutron energia-tartománytól. Azonban a 770 keV neutronenergia környékén megnyíló további neutroncsatornák korlátozzák ennek a reakciónak az alkalmazhatóságát. Az alapvető kérdés a különböző neutroncsoportok hozzájárulása a teljes neutronhozamhoz. Ennek a reakciónak a hatáskeresztmetszet mérését gamma spektroszkópia és aktivációs technika alkalmazásával tervezzük elvégezni. A hatáskeresztmetszetek megfelelő pontosságú ismerete hozzájárul a 51V(p,n)51Cr reakció alkalmazhatóságának kiterjesztésére a neutrondetektor hatásfok mérések mellett más területeken is.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A nukleáris asztrofizika célja azon magreakciók vizsgálata, amelyek elsődleges szerepet játszanak a csillagok energia-termelésében és a kémiai elemek szintézisében. Emiatt teljes mértékben alapkutatásnak tekinthető a társadalom számára történő közvetlen és rövid távú hasznosíthatóság lehetősége nélkül. Azonban a nukleáris asztrofizika egy interdiszciplináris tudomány, amely lehetőséget ad a világegyetemben lejátszódó folyamatok jobb megértéséhez. Továbbá az is vitathatatlan, hogy a kísérleti megvalósításhoz szükséges technikai fejlesztések, innovációk a mérnöki tudomány, a számítástechnika stb. terén, a közvetlen társadalmi hasznosulás lehetőségét jelentik. A 13C(α,n)16O magreakció extrém alacsony hatáskeresztmetszetének meghatározása annak csillagbeli környezetében a legjobb elérhető infrastruktúrát igényli. A LUNA, az egyik és az egyetlen mély földalatti gyorsítón alapuló laboratórium, amely a mérésekhez szükséges alacsony hátteret biztosítja. A pályázatban foglalt mérések egy részét ebben a világon egyedülálló létesítményben tervezzük megvalósítani. Mindazonáltal a LUNA gyorsítójának ionnyaláb típusra és energiára vonatkozó lehetőségei korlátozottak. A kísérleti körülmények pontos meghatározásához, mint az alkalmazott céltárgyak jellemzése és a neutrondetektor rendszer hatásfokának meghatározása, szükséges módszerek nem elérhetőek a LUNA laboratóriumban. Az Atomi-ban rendelkezésre álló tapasztalat, know-how és a technikai infrastruktúra biztosítja a szükségszerű kiegészítő kísérletek elvégzését. Emiatt a pályázatban tervezett mérések másik részét az Atomki-ban fogjuk megvalósítani. A projekt utolsó része a 51V(p,n)51Cr magreakció hatáskeresztmetszetének meghatározására összpontosít. Ennek a reakciónak a pontosabb ismerete lehetővé teszi a szélesebb körű alkalmazást a radiobiológia, a detektor kalibráció és a vékonyréteg aktivációs technika terén. Emiatt az eredmények a társadalom számára közvetlen hasznosulást jelentenek.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A nukleáris asztrofizika az a tudományág, melynek célja a csillagokban zajló magfizikai folyamatok megértése és így a csillagok energiatermelésének, valamint a világunkat alkotó anyag eredetének magyarázata. Az univerzumot felépítő kémiai elemek különböző csoportjai számos különböző asztrofizikai folyamat során jönnek létre. Pontos megértésükhöz a bennük lezajló magreakciókat kell vizsgálni, ami azonban kísérletileg igen nehéz feladat, mert a csillagokban zajló folyamatok igen kis valószínűségűek. A nehézségek miatt, ezen magreakciók egy részének nagy pontosságú vizsgálata csak nemzetközi együttműködések keretében valósítható meg, amely a magfizika, az asztrofizika és az anyagtudomány terén szerzett tudás egyesítet alkalmazását is megköveteli. A pályázat keretében tervezett mérések megvalósításához két intézet együttműködését használjuk ki. A kísérletek egy része a világviszonylatban egyedülálló LUNA mély földalatti laboratóriumában, míg az elengedhetetlen kiegészítő vizsgálatok az Atomki széleskörű eszközeinek felhasználásával valósul meg.
| angol összefoglaló Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. The main aim of the project is to determine high precision nuclear physics data relevant to the astrophysical s-process. In AGB stars the 13C(α,n)16O nuclear reaction generates the neutrons which fuel the s-process producing about half of the heavy stable isotopes in the universe. The relevant stellar temperatures roughly correspond to Gamow energies Eα,c.m.=140 - 230 keV. At present the cross section within the Gamow peak is uncertain by almost one order of magnitude, which is caused by the contested effect of a resonance in 17O located near the threshold and high uncertainties of the experimental data in the low-energy region. The determination of the low energy 13C(α,n)16O reaction cross section will be done at the LUNA Underground facility, the one and only underground accelerator facility which provides ultra low background conditions for the experiments. For the measurement, 3He counters based detector array will be used. In addition to the necessary low background environment, the determination of the cross section requires the accurate knowledge of the experimental parameters. Therefore Nuclear Reaction Analysis method will be applied for the target characterization using the 13C(p,γ)14N nuclear reaction in the vicinity of Ep,lab=1750 keV. The neutron detector efficiency measurement and related experiments require the application of proton and alpha-induced reactions and activation technique. These experiments will be done in Atomki based on the experience of the local nuclear astrophysics group. The result will be a huge step forward for the understanding of the s-process and for nucleosynthesis beyond iron.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. The main scientific question concerns the behaviour of the 13C(α,n)16O nuclear reaction at stellar temperatures. The extrapolation of the experimental data, measured with direct and indirect methods, is challenging due to the high uncertainties of low energy experimental cross section data and the uncertain effect of a resonance in 17O located near the threshold. The proposed direct cross section measurement of 13C(α,n)16O in the Eα,c.m. = 250-300 keV energy region, approaching the Gamow-window will make the knowledge on this astrophysical key reactions more robust, will increase the precision of the R-matrix extrapolations and hence make the astrophysical consequences more credible. One of the applied reactions of the neutron detection efficiency measurement for the LUNA experimental setup is 51V(p,n)51Cr, which produces mono-energetic neutrons from the keV neutron energy region. However, the opening neutron channel, corresponding at 770 keV neutron energy, limits the applicability of this reaction. The basic question is the contribution of the different neutron groups to the total neutron flux of this reaction. The cross section measurement of this nuclear reaction is planned with Gamma-ray spectroscopy and activation technique. The precise results will allow the extension of the applicability of this reaction in neutron detection efficiency measurements and other fields.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. The aim of nuclear astrophysics is to study those nuclear reactions which play an important role either in the energy production of stars or in the synthesis of the chemical elements. Thus it is a basic science without any direct application possibility and short term benefit for the public. However, this interdisciplinary science, which connects nuclear physics with astrophysics, provides the possibility that processes taking place in the universe are understood. Moreover, it is undisputed that the technical developments which are required for the implementation of the experiments, involve innovation and development in the field of engineering, computer science, etc. having possible direct benefit for the public. The extreme low cross section of the 13C(α,n)16O nuclear reaction in stellar environment requires the best available facility: LUNA, the one and only accelerator-based underground laboratory that provides ultra low background conditions for the experiments. One part of the proposed experiments will be carried out at this world-leading unique facility. However the potential of LUNA facility regarding the available ion/projectile species and ion energy range is limited. For example, the accurate determination of experimental parameters, like the characterization of the applied targets and the neutron detection efficiency, requires special techniques not available at LUNA. The know-how, experience and the technical infrastructure of Atomki provides the necessary basis for inevitable supplementary experiments. The other part of the proposed experiments will therefore be carried out at Atomki. The latter part of the project plan focuses e.g. on the cross section measurement of the 51V(p,n)51Cr reaction. The better understanding of this reaction would contribute to the expansion of its interdisciplinary application in radiobiology, detector calibration, thin layer activation analysis. Thus it has a direct benefit for public.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. The aim of nuclear astrophysics is the understanding of those nuclear processes which take place in starts and contribute to the energy generation and to the synthesis of chemical elements which build up our universe. Different groups of chemical elements are thought to be produced in several different astrophysical processes in stars. For a better understanding of these processes the involved nuclear reactions need to be studied. The experimental study of these reactions is, however, typically very difficult owing to the extremely low probability of these reactions under stellar conditions. Due to the difficulties, in some cases only international collaborations are able to investigate such reactions with high precision. This requires also the emerging of scientific knowledge in the field of nuclear physics, astrophysics and material science. The project plan will be realized in two institutions exploiting the advantages of the collaboration. Part of the experiments will be carried out at the unique and world leading LUNA underground laboratory while complementary studies will be done at Atomki using its wide range of auxiliary facilities.
|
![](img/space.gif)
|
|
|
![](img/shadow_right_up.gif)
|
![](img/shadow_left_bottom.gif)
|
![](img/shadow_right_bottom.gif)
|
![](img/space.gif)
![](img/space.gif)
![](img/space.gif)
|
![](img/print_ver.gif) |
Közleményjegyzék |
|
|
G. F. Ciani, L. Csedreki, J. Balibrea-Correa, A. Best, M. Aliotta, F. Barile, D. Bemmerer, A. Boeltzig, C. Broggini, C. G. Bruno, A. Caciolli, F. Cavanna, T. Chillery, P. Colombetti, P. Corvisiero, T. Davinson, R. Depalo, A. Di Leva, L. Di Paolo, Z. Elekes, F. Ferraro, E. M. Fiore, A. Formicola, Zs. Fülöp, G. Gervino, A. Guglielmetti, C. Gustavino, Gy. Gyürky, G. Imbriani, M. Junker, I. Kochanek, M. Lugaro, P. Marigo, E. Masha, R. Menegazzo, V. Mossa, F. R. Pantaleo, V. Paticchio, R. Perrino, D. Piatti, P. Prati, L. Schiavulli, K. Stöckel, O. Straniero, T. Szücs, M. P. Takács, F. Terrasi, D. Trezzi & S. Zavatarelli: A new approach to monitor 13C-targets degradation in situ for 13C(a,n)16O cross-section measurements at LUNA, The European Physical Journal A, 2020 | Csedreki L., Ciani G.F., Balibrea-Correa J., Best A., Aliotta M., Barile F., Bemmerer D., Boeltzig A., Broggini C., Bruno C.G., Caciolli A., Cavanna F., Chillery T., Colombetti P., Corvisiero P., Davinson T., Depalo R., Di Leva A., Elekes Z., Ferraro F., Fiore E.M., Formicola A., Fülöp Zs., Gervino G., Guglielmetti A., Gustavino C., Gyürky Gy., Imbriani G., Janas Z., Junker M., Kochanek I., Lugaro M., Marigo P., Masha E., Mazzocchi C., Menegazzo R., Mossa V., Pantaleo F.R., Paticchio V., Perrino R., Piatti D., Prati P., Schiavulli L., Stöckel K., Straniero O., Szücs T., Takács M.P., Terrasi F., Zavatarelli S.: Characterization of the LUNA neutron detector array for the measurement of the 13C( α , n )16O reaction, NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT 994: 165081, 2021 | Ciani G. F., Csedreki L., Rapagnani D., Aliotta M., Balibrea-Correa J., Barile F., Bemmerer D., Best A., Boeltzig A., Broggini C., Bruno C. G., Caciolli A., Cavanna F., Chillery T., Colombetti P., Corvisiero P., Cristallo S., Davinson T., Depalo R., Di Leva A., Elekes Z., Ferraro F., Fiore E., Formicola A., Fülöp Zs., Gervino G., Guglielmetti A., Gustavino C., Gyürky Gy., Imbriani G., Junker M., Lugaro M., Marigo P., Masha E., Menegazzo R., Mossa V., Pantaleo F. R., Paticchio V., Perrino R., Piatti D., Prati P., Schiavulli L., Stöckel K., Straniero O., Szücs T., Takács M. P., Terrasi F., Vescovi D., Zavatarelli S.: Direct Measurement of the C 13 ( α , n ) O 16 Cross Section into the s -Process Gamow Peak, PHYSICAL REVIEW LETTERS 127: (15) 152701, 2021 | Csedreki L., Ciani G.F., Balibrea-Correa J., Best A., Aliotta M., Barile F., Bemmerer D., Boeltzig A., Broggini C., Bruno C.G., Caciolli A., Cavanna F., Chillery T., Colombetti P., Corvisiero P., Davinson T., Depalo R., Di Leva A., Elekes Z., Ferraro F., Fiore E.M., Formicola A., Fülöp Zs., Gervino G., Guglielmetti A., Gustavino C., Gyürky Gy., Imbriani G., Janas Z., Junker M., Kochanek I., Lugaro M., Marigo P., Masha E., Mazzocchi C., Menegazzo R., Mossa V., Pantaleo F.R., Paticchio V., Perrino R., Piatti D., Prati P., Schiavulli L., Stöckel K., Straniero O., Szücs T., Takács M.P., Terrasi F., Zavatarelli S.: Characterization of the LUNA neutron detector array for the measurement of the 13C( α , n )16O reaction, NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT 994: 165081, 2021 | Ciani G. F., Csedreki L., Rapagnani D., Aliotta M., Balibrea-Correa J., Barile F., Bemmerer D., Best A., Boeltzig A., Broggini C., Bruno C. G., Caciolli A., Cavanna F., Chillery T., Colombetti P., Corvisiero P., Cristallo S., Davinson T., Depalo R., Di Leva A., Elekes Z., Ferraro F., Fiore E., Formicola A., Fülöp Zs., Gervino G., Guglielmetti A., Gustavino C., Gyürky Gy., Imbriani G., Junker M., Lugaro M., Marigo P., Masha E., Menegazzo R., Mossa V., Pantaleo F. R., Paticchio V., Perrino R., Piatti D., Prati P., Schiavulli L., Stöckel K., Straniero O., Szücs T., Takács M. P., Terrasi F., Vescovi D., Zavatarelli S.: Direct Measurement of the C 13 ( α , n ) O 16 Cross Section into the s -Process Gamow Peak, PHYSICAL REVIEW LETTERS 127: (15) 152701, 2021 | Ananna, Chemseddine ; Barile, Francesco ; Boeltzig, Axel ; Bruno, Carlo Giulio ; Cavanna, Francesca ; Ciani, Giovanni Francesco ; Compagnucci, Alessandro ; Csedreki, Laszlo ; Depalo, Rosanna ; Ferraro, Federico: Underground Measurements of Nuclear Reaction Cross-Sections Relevant to AGB Stars, UNIVERSE 8 : 1 p. 4 (2022), 2022 | Ciani, Giovanni Francesc ; Csedreki, Laszlo ; Rapagnani, David ; Best, Andreas ; Formicola, Alba ; Fülöp, Zsolt ; Gyürky, György ; Elekes, Zoltán ; Szücs, Tamás ; LUNA: Final results on the 13 C( α ,n) 16 O cross section at low energies at LUNA, EPJ WEB OF CONFERENCES 260 p. 08003 (2022), 2022 | Gy. Gyürky, L. Csedreki, T. Szücs, G.G. Kiss, Z. Halász, Zs. Fülöp: Cross section measurement of the 12C(p,γ)13N reaction with activation in a wide energy range, Eur. Phys. J. A (2023) 59:59, 2023 | L. Csedreki, Gy. Gyürky, T.Szücs: Precise resonance parameter measurement in the 12C(p,γ)13N astrophysically important reaction, Nuclear Physics A 1037 (2023) 122705, 2023 | J. Skowronski, E. Masha, D. Piatti, M. Aliotta, H. Babu, D. Bemmerer, A. Boeltzig, R. Depalo, A. Caciolli, F. Cavanna, L. Csedreki , Z. Fülöp, G. Imbriani, D. Rapagnani, S. Rümmler, K. Schmidt, R. S. Sidhu, T. SZücs, S. Turkat, A. Yadav: Improved S factor of the 12C(p, γ)13N reaction at E = 320–620 keV and the 422 keV resonance, PHYSICAL REVIEW C 107, L062801 (2023), 2023 | J. Skowronski, A. Boeltzig, G. F. Ciani, L. Csedreki, D. Piatti, M. Aliotta, C. Ananna, F. Barile, D. Bemmerer, A. Best, C. Broggini, C. G. Bruno, A. Caciolli, M. Campostrini, F. Cavanna, P. Colombetti, A. Compagnucci, P. Corvisiero, T. Davinson, R. Depalo, A. Di Leva, Z. Elekes, F. Ferraro, A. Formicola, Zs. Fülöp, G. Gervino, R. M. Gesuè, A. Guglielmetti, C. Gustavino, Gy. Gyürky, G. Imbriani, M. Junker, M. Lugaro, P. Marigo, E. Masha, R. Menegazzo, V. Paticchio, R. Perrino, P. Prati, D. Rapagnani, V. Rigato, L. Schiavulli, R. S. Sidhu, O. Straniero, T. Szücs, and S. Zavatarelli: New proton-capture rates on carbon isotopes and their impact on the astrophysical 12C/13C ratio, PHYSICAL REVIEW LETTERS 131, 162701 (2023), 2023 |
![](img/space.gif)
|
|
|
![](img/shadow_right_up.gif)
|
![](img/shadow_left_bottom.gif)
|
![](img/shadow_right_bottom.gif)
|
![](img/space.gif)
vissza »
|
![](img/space.gif) |
|