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科学家利用回旋加速器进一步研究宇宙中元素的起源

2021-07-20 10:04     来源:美国能源部     同位素 核物理 伽马射线回旋加速器

氖 (22Ne) 的同位素捕获 α 粒子 (α) 以产生处于激发态的镁 26 (26Mg)。被激发的镁 26 然后通过发射伽马射线 (γ) 释放能量,导致镁 26 或中子,导致镁 25。

图片由德州农工大学 Dustin Scriven 提供

科学

缓慢的中子俘获过程(s 过程)是发生在恒星中的核合成过程之一。它导致宇宙中大约一半的元素比铁重。中子俘获过程中涉及的两个重要反应是氖22(α,γ)和氖22(α,中子)。在这些反应中,富含中子的 Neon-22 会捕获 α 粒子。捕获产生处于激发态的镁 26,这意味着它获得了额外的能量。然后它通过发射伽马射线释放能量,导致处于正常状态的镁 26,或中子,导致镁 25。Neon-22(α,γ)和 Neon-22(α,中子)反应的速率对 s 过程有显着影响。这会影响硒、氪、铷、锶和锆等元素的丰度。

影响

科学家们试图回答这个问题,宇宙中元素的起源是什么? 答案极其复杂。它需要许多领域的研究人员的共同努力和大量的实验数据。回答这个问题的一部分是了解产生比铁重的元素的具体过程。其中一些元素是通过恒星内部涉及中子俘获(s 过程)的特定核反应形成的。中子是不稳定的,需要不断产生才能为这一过程提供燃料。确定中子源反应的强度对于理解这种核合成场景很重要。

概括

两个反应对 s 过程中的中子通量有很大影响,22Ne(α, γ)26Mg 和 22Ne(α, n)25Mg。这些反应发生的概率很难直接测量,因为这些概率(称为反应截面)在与恒星核合成相关的能量下非常低。一组核物理学家使用两种间接方法来确定这两种反应的概率。这两种方法都使用了德克萨斯农工大学回旋加速器研究所生产的 22 氖光束。在一项研究中,该团队测量了 26 镁中最相关的激发态被 α 粒子衰变的可能性。另一个实验涉及对相同激发态的中子/伽马分支比的直接测量。结合这些研究,研究人员得出了一致的结论:22Ne(α, n)25Mg 反应发生的实际概率比广泛接受的概率低三倍。这一发现显着改变了某些元素的最终 s 过程丰度,例如硒、氪、铷、锶和锆。

联系

Grigory Rogachev

德州农工大学

rogachev@tamu.edu

资金

这项研究得到了能源部 (DOE) 科学办公室、核物理办公室的支持;由国家核安全管理局通过核培训和大学研究卓越中心 (CENTAUR) 提供;和德克萨斯农工大学核解决方案研究所。其中两位作者也得到了韦尔奇基金会的支持。其中三位作者还得到了英国科学技术设施委员会的支持。

出版物

Jayatissa, H.,等。 使用亚库仑α转移反应约束22 Ne( α , γ ) 26 Mg 和22 Ne( α ,n) 25 Mg 反应速率。物理快报 B 802 , 135267 (2020) 。[DOI: 10.1016/j.physletb.2020.135267]

太田,S.等。 22 Ne + α共振的衰变特性及其对 s 过程核合成的影响。物理快报 B 802 , 135256 (2020) 。[DOI: 10.1016/j.physletb.2020.135256]

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