碳氮氧循环中关键天体反应19F(p,gamma)20Ne的实验研究
批准号:
12075027
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
张立勇
依托单位:
学科分类:
核的基本对称性
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张立勇
中文摘要
宇宙中的大部分恒星都属于第I星族,其内部除了H和He以外还有C、N、O、F等元素。大质量I族星由于温度密度较高,主要通过CNO循环进行氢燃烧。19F(p,g)20Ne反应是氢燃烧从CNO循环突破到A>20核区唯一可能的通道,对理解氢燃烧过程中的催化剂流失至关重要。目前该反应在Gamow窗口内尚无直接测量数据,反应截面只能通过高能区数据外推得到,误差可达一个数量级。本项目将对19F(p,g)20Ne在Gamow能区的反应截面进行首次直接测量,将误差降到20%以下。实验将在西安交通大学新建成的400kV高压强流离子加速器上进行。我们将用强流质子束轰击19F靶,用NaI阵列和高纯锗Clover探测器测量19F(p,g)20Ne反应放出的伽玛射线,扫描Ep=150~345keV能区的反应截面。利用实验精确测定的截面数据重新计算19F(p,g)20Ne反应率并研究其天体物理意义。
英文摘要
Most of the stars in the universe are Population I stars which, in addition to H and He, contain heavy elements such as C, N, O, and F. Due to the higher temperature and density, massive Population I stars convert hydrogen to helium via the CNO cycles. Here, 19F(p,g)20Ne is the unique breakout reaction from the CNO cycles to the A>20 mass region, which makes it very important to the catalysts loss during the hydrogen burning. By so far, no direct measurement has been performed within the Gamow window. The cross section used in the reaction rate calculation was extrapolated based on the high-energy data, but with an uncertainty factor up to 10. In this project, the 19F(p,g)20Ne cross section in the Gamow window will be directly measured for the first time. The experiment will be performed at the 400-kV high-voltage intense ion beam accelerator at Xianjiaotong University. The 19F targets will be bombarded by the high-current proton beam, and the gamma-rays be detected by the NaI array and Clover detectors. The cross section in the energy region of Ep=150~345keV will be scanned, with an aimed statistical uncertainty better than 20%. The thermonuclear 19F(p,g)20Ne reaction rate will be calculated and the astrophysical implications be revealed based on the firmer experimental data.
本项目通过在锦屏深地实验室的JUNA装置上对19F(p,γ)以及19F(p,αγ)反应截面进行直接测量,旨在揭示第一代恒星钙元素的起源之谜,并研究AGB星氟超丰问题。项目顺利完成,取得了重要科研成果,包括在《Nature》和《PRL》等期刊发表多篇论文。..项目团队成功测量了19F(p,γ)反应在186-342 keV能区的直接反应截面,并在225 keV处发现了一个新共振,显著提高了反应率。通过这些精确数据,解答了第一代恒星钙元素丰度过高的谜题,并为弱爆发模型提供了支持。此外,团队首次将19F(p,α,γ)16O反应截面推进至Gamow窗口,为解决氟超丰问题提供了可靠数据。..研究过程中,团队还开发了一种新型的材料成分分析技术,可通过束流轰击材料,结合蒙卡模拟方法重构元素的深度分布,精度可达纳米级。该技术不仅对核物理实验有重要意义,还可广泛应用于其他材料分析领域。..项目还取得了显著的学术成就,项目负责人获得基金委优青项目资助,并荣获2023年度杨振宁奖。项目期间培养了多名研究生,推动了核物理领域的科研进展和人才培养。..综上所述,本项目通过创新实验和精确测量,推动了天体核物理的研究,为第一代恒星钙元素的起源和氟超丰问题提供了新的实验数据和理论依据,具有重要的科学意义和应用前景。
国内基金
海外基金