Nuclear Astrophysics at McMaster with Stable and Radioactive Ion Beams

麦克马斯特大学利用稳定和放射性离子束进行核天体物理学

基本信息

  • 批准号:
    SAPIN-2016-00036
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 5.1万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Subatomic Physics Envelope - Individual
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2016-01-01 至 2017-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

My research aims to answer two questions that seem unrelated at first glance, but which are inextricably linked: (1) Where does everything around us come from? Or more specifically, what is the origin of the calcium in our bones, the oxygen in the air we breathe, and the rest? And the second question: (2) Why is the sun "warm"? Or more generally, how do stars shine? Amazingly, Nature does the second by doing the first. Given our understanding of physical laws, the most likely origin of the energy that powers stars like our sun is from nuclear reactions in their cores. Over the course of the star's life, these reactions also make heavy elements out of light ones. When a star "dies" by running out of nuclear fuel, the elements it cooked up are put back into space, sometimes gently, and sometimes violently ("supernova"). Out of these elements, new stars and planets are born, leading ultimately to human beings on Earth. We are thus literally made of stardust (or, less poetically, of nuclear waste!). My research aims to corroborate and flesh out the details of this paradigm for our cosmic heritage, by studying these stellar nuclear reactions in terrestrial laboratories. My research funding gives my team access to state-of-the-art equipment: particle accelerators to produce beams of ions that are then collided with a "target", in order to reproduce the reactions that are happening in the stars; and "detectors" to measure the properties of the reaction products. From these measurements, we determine detailed information about the reaction and its rate. My focus in recent years has been on stellar explosions like supernovae, novae, and x-ray bursts. In this proposal, we describe projects that will help us better to understand (1) how an x-ray burst is “triggered”; (2) how heavy are the elements synthesized in a nova explosion and can they be seen; and (3) which elements are made in a supernova. These experiments will benefit the rest of the nuclear-astrophysics community, in that the results will be put into computer models of stars, within which their implications for the energy generation and nucleosynthesis are explored. Since all these stars are very hot, the critical nuclear reactions often involve unstable, exotic elements instead of the garden-variety stable ones. This poses a technical challenge, because beams of unstable ions can be challenging to produce. We have been, and will be, working at laboratories in Canada, the USA, Japan and Europe, using both stable and unstable beams. This strategy has enabled a strong cross-fertilization between my group and other leading international teams, which is imperative for the overall health of the field in Canada, and which, also importantly, has provided excellent training opportunities for students. In short, this research will ensure that Canada and McMaster University will make their own important contribution to this growing and exciting research area.
我的研究旨在回答两个乍一看似乎毫无关联,但却密不可分的问题:(1)我们周围的一切从何而来?或者更具体地说,我们骨骼中的钙、我们呼吸的空气中的氧以及其他物质的来源是什么?第二个问题:(2)为什么太阳是“温暖的”?或者更一般地说,星星是如何发光的?令人惊奇的是,大自然通过做第一件事来做第二件事。鉴于我们对物理定律的理解,像太阳这样的恒星最有可能的能量来源是它们核心的核反应。在恒星的生命过程中,这些反应也会从轻元素中产生重元素。当一颗恒星因耗尽核燃料而“死亡”时,它所产生的元素会被放回太空,有时是温和的,有时是猛烈的(“超新星”)。从这些元素中,新的恒星和行星诞生了,最终导致了地球上的人类。因此,我们实际上是由星尘组成的(或者,不那么诗意地说,是由核废料组成的!)我的研究目的是通过在地球实验室研究这些恒星核反应,来证实和充实我们宇宙遗产的这种范式的细节。我的研究经费使我的团队能够使用最先进的设备:粒子加速器产生离子束,然后与“目标”相撞,以重现恒星中发生的反应;还有用来测量反应产物性质的“探测器”。从这些测量中,我们确定了有关反应及其速率的详细信息。近年来,我的研究重点是恒星爆炸,如超新星、新星和x射线爆发。在这个提议中,我们描述了一些项目,这些项目将帮助我们更好地理解(1)x射线暴是如何“触发”的;(2)在新星爆炸中合成的元素有多重,能不能看到它们;(3)哪些元素是由超新星形成的。这些实验将使核天体物理学界的其他人受益,因为实验结果将被放入恒星的计算机模型中,在这个模型中,它们对能量产生和核合成的影响将被探索。由于所有这些恒星都非常热,关键的核反应往往涉及不稳定的外来元素,而不是普通的稳定元素。这带来了技术上的挑战,因为不稳定离子束的产生具有挑战性。我们已经并将在加拿大、美国、日本和欧洲的实验室工作,使用稳定和不稳定的光束。这一策略使我的团队与其他领先的国际团队之间有了强有力的交流,这对加拿大该领域的整体健康发展是必不可少的,同样重要的是,这为学生提供了极好的培训机会。简而言之,这项研究将确保加拿大和麦克马斯特大学在这个不断发展和令人兴奋的研究领域做出自己的重要贡献。

项目成果

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Chen, Alan其他文献

Measuring neutron capture cross sections of radioactive nuclei: From activations at the FZK Van de Graaff to direct neutron captures in inverse kinematics with a storage ring at TRIUMF.
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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Chen, Alan的其他文献

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    2021
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Nuclear astrophysics with exotic and stable ion beams, and nuclear data evaluation
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相似海外基金

Collaborative Research: REU Site: Earth and Planetary Science and Astrophysics REU at the American Museum of Natural History in Collaboration with the City University of New York
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  • 批准号:
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  • 批准号:
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  • 财政年份:
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  • 批准号:
    2348547
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  • 资助金额:
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  • 批准号:
    2339728
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
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谢菲尔德天体物理学综合赠款 - 转学到皇家霍洛威学院
  • 批准号:
    ST/Z000521/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
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  • 批准号:
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  • 财政年份:
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用于聚变能、强子治疗和天体物理学的离子原子碰撞数据
  • 批准号:
    DP240101210
  • 财政年份:
    2024
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2000 + 1: A Maths Space Odyssey - a co-created maths, planetary science and astrophysics digital adventure game
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  • 批准号:
    ST/Y003438/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 5.1万
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