Μέτρηση της ενεργού διατομής της πυρηνικής αντίδρασης 89Y(p,γ)90Zr σε ενέργειες με αστροφυσικό ενδιαφέρον

Abstract

In beam angle-integrated cross section measurements of the nuclear reaction 89Υ(p,γ)90Zr were carried out at subcoulomb energies, ranging from Ep=1.8 MeV to 4.9 MeV for the first time, using a 4π NaI(Tl) summing detector. These cross sections measurements are useful for nuclear astrophysicists in order to reproduce the abundances of p-nuclei according to a model of nucleosynthesis, named p-process. Until now all the models of the p-process nucleosynthesis are capable of reproducing the abundances of p-nuclei within a factor of 3. However, the all fail in the case of the light p nuclei with A≤100. These discrepancies could be attributed either to uncertainties in the pure “astrophysical” part of the p-process modeling or to uncertainties in the nuclear physics input used in the abundances calculations. Given these facts, it is of outmost importance to check the validity of the Hauser-Feshbach (HF) theory in the medium mass region.In beam angle integrated cross section measurements of the nuclear reaction 89Υ(p,γ)90Zr were performed using a 4π NaI(Tl) detector. All measurements were carried out at the 5MV T11 Van de Graaft Tandem accelerator of the Institute of Nuclear Physics of the NCSR “Demoktitos” in Athens. The target used was produced by evaporation. The thickness of the target used was determined by means of the XRF technique, which yielded 436 24 μgr/cm2 for the 89Υ layer and 125 7 μgr/cm2 for the gold “flush”.The data as well as the resulting astrophysical S-factor were compared to the prediction of the statistical code MOST. Different combinations of the microscopic as well as phenomenological OMPs, NLDs were considered in the HF calculations. Comparing the resulting experimental and theoretical reactions rates one may conclude that for the specific reaction studied herein, the HF theory agrees with the experiment within a factor of less than 2. Uncertainties of this magnitude in the nuclear physics input, in the nulceosynthesis calculations, can be considered of minor importance compared to the huge uncertainties (othen exceeding orders of magnitudes) involved in the pure “astrophysical” modeling. However, our results have to be further confirmed by studying an extensive data base of cross sections covering a broad mass range at astrophysical relevant energies.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή προσδιορίστηκε για πρώτη φορά η ενεργός διατομή της πυρηνικής αντίδρασης 89Υ(p,γ)90Zr σε ενέργειες πολύ χαμηλότερες από το φράγμα Coulomb και συγκεκριμένα στην ενεργειακή περιοχή δέσμης πρωτονίων από 1.8 MeV έως 4.9 MeV. Σκοπός της εργασίας ήταν ο εμπλουτισμός μιας βάσης δεδομένων ενεργών διατομών αντιδράσεων σύλληψης πρωτονίων σε ενέργειες με αστροφυσικό ενδιαφέρον και ο έλεγχος, στη μαζική περιοχή των μεσοβαρών πυρήνων, των πυρηνικών παραμέτρων που εισέρχονται στους υπολογισμούς στα πλαίσια της θεωρίας Hauser Feshbach. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν στο Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» με τη χρήση του ανιχνευτικού συστήματος σπινθηριστών NaI(Tl) «Πτολεμαίος». To σύστημα αυτό είναι ένα αθροιστικό σύστημα με γωνία ανίχνευσης 4π. Μετρήθηκαν φάσματα ακτίνων γ λεπτού στόχου υπερκαθαρού μεταλλικού 89Υ σε υπόστρωμα Τα. Το πάχος του στόχου μετρήθηκε με τη μέθοδο XRF. Η ανιχνευτική ικανότητα του ανιχνευτή «Πτολεμαίος» προσδιορίστηκε με τη μέθοδο εξομοίωσης Monte Carlo και συγκεκριμένα με το πακέτο GEANT 3.20.Tα πειραματικά αποτελέσματα της ενεργού διατομής και του αστροφυσικού παράγοντα της αντίδρασης 89Υ(p,γ)90Zr συγκρίθηκαν με αντίστοιχους θεωρητικούς υπολογισμούς που βασίστηκαν στο στατιστικό κώδικα MOST. Δοκιμάσθηκαν θεωρητικοί υπολογισμοί χρησιμοποιώντας διαφορετικά πρότυπα πυκνότητας πυρηνικών καταστάσεων και πρότυπα οπτικών δυναμικών. Παρατηρήθηκε ικανοποιητική συμφωνία μεταξύ των θεωρητικών τιμών και των αντίστοιχων πειραματικών.