Active target technology development for nuclear astrophysics

核天体物理主动靶技术开发

基本信息

  • 批准号:
    ST/T002573/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 14.28万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2019 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Nuclear astrophysics is one of the many applications of nuclear physics and arguably one of the most exciting. It tries to explain where all the elements around us, the oxygen in the air, the iron in our blood, the silicon in computer chips, come from. Where and how were they formed? On top of this, nuclear astrophysics tries to understand how nuclear reactions affect the life and death of all stars. How do such tiny things influence such massive objects as stars? Most stars get their energy by burning stable elements, such as the carbon and oxygen we are familiar with, over long periods of time. The energy is produced by nuclear reactions, turning one element into another. However, not all types of carbon, for example, are the same. Different types have different numbers of neutrons (but the same number of protons) and are called isotopes. Some isotopes of an element are unstable or radioactive and will change or decay into a different element, after a certain amount of time. In some stars which are very hot, the nuclear reactions happen so quickly that unstable isotopes will react with other isotopes before they have time to decay. Often, these hot stars will explode in spectacular displays of stellar fireworks, such as novae and supernovae. So to understand these exploding stars we need to be able to study the nuclear reactions with unstable isotopes that play a role. Astronomers can study these exploding stars by looking at the light that shines from them. From this light, they can tell what elements were produced in the explosion and this gives nuclear physicists information on which nuclear reactions could be important. Scientists can then compare these observations with the predictions of computer models to see if we understand how these exploding stars work. These models need information on how quickly these unstable isotopes are created and destroyed by nuclear reactions and that is where the nuclear physics comes in. In the last few years, advances in technology have allowed scientists to accelerate these short-lived unstable isotopes so that they can be used to study these reactions. Laboratories have been built to provide such unstable beams for studies and new laboratories are being developed that can produce more variety of unstable beams and higher intensities. One such laboratory is at TRIUMF in Vancouver, in Canada and is called ISAC. The proposed research will develop new detector technology that will use the unstable beams available at ISAC. The project will explore the use of GEMs (Gas Electron Multipliers) to amplify the very weak signals produced in the detector by the products of the nuclear reactions of these unstable isotopes on helium. The GEMs will need to operate reliably at low pressures and be able to amplify the signal consistently across the detector for an extended period of time. In order to study reactions with a very low probability, the detector will also need to be able to identify the reactions of interest from the large amount of background noise and we will develop some clever hardware and software tricks to do this.Once operational, the active target detector will be used to study several reactions which are key to our understanding of these exploding stars and so will help to explain where all the elements are created.
核天体物理学是核物理学的众多应用之一,也可以说是最令人兴奋的应用之一。它试图解释我们周围的所有元素,空气中的氧气,血液中的铁,电脑芯片中的硅,都是从哪里来的。它们是在哪里以及如何形成的?除此之外,核天体物理学试图了解核反应如何影响所有恒星的生与死。如此微小的物体是如何影响像恒星这样巨大的物体的呢?大多数恒星通过长时间燃烧稳定的元素(如我们熟悉的碳和氧)获得能量。能量是由核反应产生的,将一种元素转化为另一种元素。然而,并非所有类型的碳都是相同的。不同的类型有不同数量的中子(但相同数量的质子),被称为同位素。一种元素的某些同位素是不稳定的或放射性的,在一定时间后会变化或衰变成另一种元素。在一些非常热的恒星中,核反应发生得如此之快,以至于不稳定的同位素在衰变之前就会与其他同位素发生反应。通常,这些炽热的恒星会爆发出壮观的恒星烟花,如新星和超新星。所以要了解这些爆炸的恒星我们需要研究不稳定同位素的核反应。天文学家可以通过观察这些爆炸的恒星发出的光来研究它们。从这种光中,他们可以知道爆炸中产生了什么元素,这为核物理学家提供了哪些核反应可能是重要的信息。然后,科学家可以将这些观察结果与计算机模型的预测进行比较,看看我们是否了解这些爆炸恒星的运作方式。这些模型需要关于这些不稳定同位素在核反应中产生和破坏的速度的信息,这就是核物理学的作用。在过去的几年里,技术的进步使科学家能够加速这些短寿命的不稳定同位素,以便它们可以用于研究这些反应。已经建立了实验室来提供这种不稳定光束用于研究,并且正在开发新的实验室,可以产生更多种类的不稳定光束和更高的强度。其中一个实验室位于加拿大温哥华的TRIUMF,名为ISAC。拟议中的研究将开发新的探测器技术,该技术将使用ISAC提供的不稳定光束。该项目将探索使用气体电子倍增器(Gas Electron Multipliers)来放大这些不稳定同位素与氦的核反应产物在探测器中产生的非常微弱的信号。GEM需要在低压下可靠地运行,并能够在较长的时间内持续放大整个检测器的信号。为了研究概率很低的反应,探测器还需要能够从大量的背景噪音中识别出感兴趣的反应,我们将开发一些聪明的硬件和软件技巧来做到这一点。一旦投入运行,主动目标探测器将用于研究几种反应,这些反应是我们理解这些爆炸恒星的关键,因此将有助于解释所有的爆炸恒星都在哪里。元素被创建。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Performance study of novel micro-Resistive WELL (µ-RWELL) detector in different gas mixtures
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  • DOI:
    10.1088/1748-0221/18/06/c06006
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.3
  • 作者:
    Chakraborty S
  • 通讯作者:
    Chakraborty S
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