Kiss Gábor Gyula RIKEN Nishina Center for Accelerator – Based Science A vasnál nehezebb elemek (és neutron-gazdag izotópjaik) keletkezésének vizsgálata Kiss Gábor Gyula RIKEN Nishina Center for Accelerator – Based Science

Nukleáris asztrofizika Célja a csillagok energiatermelésében illetve a kémiai elemek (és izotópjaik) keletkezésében kulcsszerepet játszó atommag-reakciók elméleti és kísérleti vizsgálata A Napunkhoz hasonló csillagok belsejében a magreakciók az ú.n. Gamow energia-ablakban játszódnak le, a töltött-részecske magreakció hatáskeresztmetszetek csillaghőmérsékletnek megfelelő energiákon << nanobarn nagyságrendűek

s folyamat Asztrofizikai környezet ismert Kulcsreakciók: 13C(α,n), 106-8 neutron/cm3, 209Bi [1]; 22Ne(α,n), 1010-14 neutron/cm3, < Sr [2]; 14N(n,p), 16O(n,γ) neutron-mérgek [3]. Hőmérséklet vagy neutronsűrűség függő elágazási pontok vizsgálata szükséges [4] [1] C. Travaglio, Astrophys. J. 549, 346 [2] H. Habing, Asymptotic Giant Branch Stars (Heidelberg, 2004) M. Lugaro, POS (NIC-X) 034 [3] M. Lugaro Astrophys. J. 586, 1305 [4] R. Reifarth, Astrophys. J. 582, 1251

s folyamat kísérleti vizsgálatok 13C(α,n), reakció küszöb alatti rezonancia 22Ne(α,n) & 22Ne(α/p,γ) egymást kizáró mérések [5], jelentős bizonytalansággal ismert [6] 13C a 2H 16O 6Li (a+2H) n [5] A. Karakas, Astrophys. J. 643, 471 [6] M. Pignatari, Nucl. Phys. A758, 541

r folyamat U és Th izotópok, A = 130 és A = 195 gyakoriság maximumok 208Pb 138Ba A = 195 A = 130 56Fe Nagy (>1022) neutron/cm3 Rövid ideig (~s) áll fenn Magas (T~ GK) hőmérséklet Neutronbefogás és fotobomlás Stabilitási völgytől távol M. Arnould, Phys. Rep. 450 97 S. Goriely, PRL 111 242502 S. Wanajo, Astrophys. J. Lett. 666 L77 Y.-Z. Qian, Prog. Part. Nucl. Phys. 50 153

r folyamat modell (n,γ)↔ (γ,n) A-2 A+1 A A-1 A+2 Z + 2 Z + 1 Z Nagyobb neutronsűrűség csillag hőmérséklet β bomlás Z + 2 β bomlás Z + 1 β bomlás A-2 A+1 A A-1 A+2 (n,γ)↔ (γ,n) Z

Szupernóva vagy neutroncsillag-kettős ? Mi a sötét anyag? Mi a sötét energia? Hol keletkeztek a nehéz neutron-gazdag izotópok? Van a neutrínóknak tömege? Stabil-e a proton? Mi a gravitáció? stb NUPECC Long Range Plan (EU) National Science Foundation (USA) Long Range Plan JPS (Japan) A modell sikeresen leírja a nehéz elemek Naprendszerbeli gyakoriságát Neutron-indukált hasadás játszik kulcsszerepet Ritka, egymástól független események Sikertelen hidrodinamikai modellek J. Cowan, Nature 440, 1151, M. Shetrone, Astrophys. J. 125 684 J. Prochaska, Nature 423 57

Szükséges kísérleti adatok Magtömegek: Neutron szeparációs energia –> r folyamat „ösvény Béta bomlás felezési idő & késő neutron kibocsájtási valószínűség: „Freeze-out” gyakoriság Naprendszerbeli gyakoriság M. Arnould, Phys. Rep. 450 97 S. Goriely, PRL 111 242502 S. Wanajo, Astrophys. J. Lett. 666 L77 Y.-Z. Qian, Prog. Part. Nucl. Phys. 50 153

RIKEN Nishina Center gyorsítóközpont Világvezető radioaktív nyaláb-gyár (folyamatos fejlesztéseknek hála (pl. SRC cseréje 2017-ben), megőrzi vezető szerepét FRIB és FAIR indulása után is) 4 „sorba kötött” ciklotron (K= 540, 570, 880 és 2600), Jelenleg I = 50 pnA (cél 1 pμA), E = 345 MeV/u 238U RI előállítás: Be / Pb-vel való ütközés BigRIPS: RI nyaláb szeparátor azonosítás: event-by-event

A béta bomlás paramétereinek meghatározása: implantációs kísérletek > 120 új felezési idő, folyamatosan bővülő adatbázis

β(bomlás) – késleltetett (késő) neutronok Késő neutron kibocsájtás jelensége 240 késő neutron kibocsájtó mag ismert, de kevesebb mint felük esetén ismerjük a kibocsájtási valószínűséget (Pn)! 18 db β-2n (3) és 4 β-3n (1)! Asztrofizikai szerep A. Arcones, Astron & astrophys 467 1227 & R. Surman, JPS 6 010010

Kísérleti vizsgálat Kivételesen neutron-gazdag RI nyaláb (Riken) Legfejlettebb Si implantációs setup (AIDA) Legnagyobb hatásfokú 3He számláló setup (Briken) A kísérleti elrendezés kész. Négy elfogadott proposal (összesen 19,5 nap nyalábidő – 1h: 10 000 USD) keretében 2016-2017-ben a Ni (Z=28) - Tb (Z=65) tartományban körülbelül 200 Pn és 35 P2n értéket fogunk mérni.

Kitekintés RIKEN: neutron spektroszkópia IAEA-NDS 0599 (2011) & NDS 0643 (2013): „The excessively large uncertainties in the delayed neutron data used in reactor calculations (for determining βeff) lead to costly conservatism in the design and operation of reactor control systems.” Alkalmazás „kis” laborban – pl.: Atomki Kísérleti technikák és eszközök alkalmazhatóak az alacsonyenergiás nukleáris asztrofizikai kutatásban is!

Köszönöm a figyelmet! 13C(α,n) mérés: Briken / Eurica p folyamat INFN LNS & FSU: M. La Cognata S. Romano C. Spitaleri I. Wiederhöven Briken / Eurica Együttműködés: S. Nishimura H. Sakurai H. J. Tain C. D. Pardo K. Rykaczewsky p folyamat Atomki: Gy. Gyürky T. szücs

r folyamat modell Zárt héj

Magtömeg méréseink Penning trap Tárológyűrű Time-of-flight