关键天体反应18Ne(α,p)21Na的实验研究

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本实验对X射线暴过程中一个重要的核天体反应18Ne(α,p)21Na进行了间接测量。X射线暴是X射线双星系统中X射线突然增强很多倍的现象,它很可能是丰质子核素的主要来源。根据理论预测,在X射线暴高温高密度的环境中,此反应很可能是由热CNO循环突破到rp过程的一个重要反应。到目前为止,人们测得的反应率还存在很大的不确定性。本论文主要研究了18Ne(α,p)21Na反应过程中复合核22Mg质子共振态的ER,Jπ,Δp等性质,从而为计算18Ne(α,p)21Na反应率提供实验参数。  实验于2011年3月在东京大学原子核研究中心位于RIKEN的次级束装置CRIB(CNSRadioactiveIonBeamseparator)上完成。实验中我们用CRIB提供的21Na放射性束轰击8.8mg/cm2的聚乙烯厚靶,利用放置在θlab=-14°,0°,14°处的三套硅条望远镜阵列对反冲粒子(主要是质子和α)进行鉴别和测量,从而在一段能区(Ex=5.5-9.2MeV)内测得21Na(p,p)21Na的激发函数。  我们对测得的21Na(p,p)共振弹性散射截面进行R矩阵拟合,得出了22Mg共振能级的自旋宇称以及质子宽度等信息。本实验测到了22Mg的23条能级,其中10条位于α阈以上,且大部分能级的自旋宇称值都是第一次由实验测得。根据这些信息我们对18Ne(α,p)21Na的反应率进行了重新计算,新的反应率比前人的结果大一到三个数量级。我们分别用K04和S01网络模型计算了新反应率对X射线暴的影响。结果表明,此反应率的增大使得在X射线暴早期的能量产生率增大了1.4-1.8倍,同时也使得早期的反应流量增加了2到3倍。这导致在X射线暴的早期15O和8Ne的消耗量增大了3-4倍。另外由我们的新反应率可知,18Ne(α,p)21Na反应超越18Neβ衰变的温度点将由原来的0.6GK降低到0.47GK。
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