Az elemek nukleoszintézise lassú és robbanásos folyamatokban = Stellar and explosive nucleosynthesis

A pályázat során a nukleoszintézis magfizikai aspektusait tanulmányoztuk. A Napban lejátszódó rendkívül kis valószínűségű atommagreakciókat egy földalatti laboratóriumba telepített részecskegyorsító segítségével mértük meg. Mérésünk módosítja a gömbhalmazok korának becslését, és információt ad az univerzumban lejátszódó korai elemszintézisre is. Az egyes protongazdag nehéz izotópok keletkezéséért felelős asztrofizikai p-folyamatot az ATOMKI gyorsítói mellé telepített eszközeinkkel vizsgáltuk: kísérleteinkkel fontos lépést tettünk a globális alfa-potenciál megtalálása felé. Mivel a robbanásos nukleoszintézis során mindeddig kevéssé ismert szerkezetű radioaktív magokon lejátszódó reakciók válnak fontossá, egzotikus atommagok tulajdonságaira világítottunk rá a japán RIKEN-ben végzett méréseinkkel. E mérésekhez egy CsI kristályokból álló töltöttrészecske detektorrendszert fejlesztettünk ki és teszteltünk az ATOMKI-ben. A sztatikus csillagokra jellemző rendkívül alacsony energián lejátszódó magreakciókat befolyásoló atomi folyamat, az elektronárnyékolás fémes közegtől való függését vizsgáltuk környezeti változók függvényében. Preciziós felezési idő méréseinkkel felső korlátot adtunk radioaktív bomlás sebességének a fémes környezettől való függésére. Az eredményeinket összefoglaló 54 angol nyelvű publikáció (többek között 8 Phys.Rev.Lett. és 6 Phys.Lett.B cikk) nemzetközi sikerét jelzi a pályázat futamideje alatt e közleményekre kapott több, mint 200 hivatkozás. | The nuclear physics aspects of nucleosynthesis have been studied in the present work. Using an underground accelerator installed at LNGS, Italy, ultra low cross sections have been determined for nuclear reactions relevant to nonexplosive nucleosynthesis. Our results have impact on the age of globular clusters, neutrino flux from the Sun and big bang nucleosynthesis. Using the ATOMKI accelerator facility the astrophysical p-process has been studied experimentally by radiative capture and elastic scattering reactions at low energies to clarify the performance of recently developed global optical potentials. As a step towards the understanding of explosive nucleosynthesis, where exotic nuclei can play decisive role, we investigated the structure of several exotic nuclei using the radioactive beam facility of RIKEN, Japan. To reach this aim a CsI charged particle array has been developed and commissioned as a joint effort of RIKEN and ATOMKI. Electron screening -the phenomenon where the collision energy is low enough that atomic effects modify the expected nuclear reaction rate- has been studied in various metallic environments. Half-lifes of radioactive nuclei embedded in metals have been determined as a further test of the importance of metallic environments. The results have been published in high ranked scientific journals

Ritka nemesgáz izotópokon lejátszódó nukleáris asztrofizikai reakciók vizsgálata = Study of nuclear reactions on rare noble gas isotopes relevant to nuclear astrophysics

A 3He(alfa,gamma)7Be szigma(E) hatáskeresztmetszetére a modellek min. 3,5% pontosságot igényelnek. A mérési eredmények erősen szórnak, ezért a reakciósebességet [szigma(E)] 3 független módszerrel (aktiváció, g-hozam és "recoil" szeparátor) mértük meg. A 3 eredmény átlagértéke jobb a korábbiaknál, de pontossága még nem elegendő, további mérésekre van szükség. A CNO-ciklus más reakcióira [14,15N(p,g)15,16O] is új, meghatározó szigma(E) értékeket adtunk meg (LUNA). A p-folyamat vizsgálatok során számos új reakciósebességet mértünk és összehasonlítottuk Hauser-Feshbach számolásokkal. Eredmény: proton keltette reakciókra az egyezés megfelelő, míg alfa-részecskékre nem. Pontos rugalmas alfa- szórásainkból kapott optikai potenciálokkal számolva sincs egyezés. A p-folyamat tanulmányozására egy új irányt, a (p,n) reakciók alkalmazását vezettük be. Az egyik kulcsreakció [124Xe(alfa,gamma)128Ba] méréséhez a kamra elkészült, tesztelése folyik. Méréseinkhez főleg aktivációs módszert használtunk, ezért mértük különböző anyagokba implantált aktív magok felezési idejének elméletileg jósolt változását. Sem anyag, sem hőmérséklet függést nem találtunk. Nemzetközi együttműködésben (OTKA IN64269) méréseket végeztünk az indirekt Trojan Horse Módszerrel. Bizonyítottuk a módszer asztrofizikai alkalmazhatóságát [7Li(p,alfa)4He], elsőként mértünk interferencia-mentes p-p szórást, valamint az 18O(p,alfa)15N és a 10,11B+p reakciókat az un. Gamow-ablakban (közel nulla energiánál). | The 3He(alpha,gamma)7Be is a key reaction (Big-Bang; Hydrogen Burning), the sigma(E) cross section should be known with a precision of 3.5%. Because of discrepancies between different results, we measured it with 3 independent methods (activation, g-yield, recoil separator). The results are consistent, the average rate improved, however, the precision is still not enough. New sigma(E) values were also determined for reactions important for CNO-cycle. Astrophysical p-process: a lot of new reaction rates were measured. The results were compared with Hauser-Feshbach calculations using different particle-nucleus potentials. Conclusion: for proton induced reactions the agreement is acceptable, contrary to alpha-particles. Optical potentials extracted from precise alpha-elastic scattering didn't solved the problem for alpha-s. A new idea, the applicability of (p,n) reactions in p-process studies was introduced. The key reaction, 124Xe(alpha,gamma)128Ba, is in test phase, the setup was developed. In our studies activation method was mostly used, therefore the predicted halflife changes of active nuclei implanted into different materials were checked. Neither host material nor temperature dependence was found. Experiments were performed by Trojan Horse Method in international collaboration (OTKA IN64269). The applicability of that indirect method was proved (7Li+p), first time the interference-free p-p scattering as well as the 18O+p and 10,11B+p reactions at close to zero energies (no extrapolation) were measured

Mag-asztrofizika indirekt módszerekkel = Nuclear Astrophysics with indirect methods

A 3He(?,?)7Be ?(E) hatáskeresztmetszetére a modellek min. 3,5% pontosságot igényelnek. A mérési eredmények erősen szórnak, ezért a reakciósebességet [?(E)] 3 független módszerrel (aktiváció, g-hozam és „recoil” szeparátor) mértük meg. A 3 eredmény átlagértéke jobb a korábbiaknál, de pontossága még nem elegendő, további mérésekre van szükség. A CNO-ciklus más reakcióira [14,15N(p,g)15,16O] is új, meghatározó ?(E) értékeket adtunk meg (LUNA). A p-folyamat vizsgálatok során számos új reakciósebességet mértünk és összehasonlítottuk Hauser-Feshbach számolásokkal. Eredmény: proton keltette reakciókra az egyezés megfelelő, míg ?-részecskékre nem. Pontos rugalmas ?- szórásainkból kapott optikai potenciálokkal számolva sincs egyezés. A p-folyamat tanulmányozására egy új irányt, a (p,n) reakciók alkalmazását vezettük be. Az egyik kulcsreakció [124Xe(?,gamma)128Ba] méréséhez a kamra elkészült, tesztelése folyik. Méréseinkhez főleg aktivációs módszert használtunk, ezért mértük különböző anyagokba implantált aktív magok felezési idejének elméletileg jósolt változását. Sem anyag, sem hőmérséklet függést nem találtunk. Nemzetközi együttműködésben (OTKA IN64269) méréseket végeztünk az indirekt Trojan Horse Módszerrel. Bizonyítottuk a módszer asztrofizikai alkalmazhatóságát [7Li(p,?)4He], elsőként mértünk interferencia-mentes p-p szórást, valamint az 18O(p,?)15N és a 10,11B+p reakciókat az un. Gamow-ablakban (közel nulla energiánál). | The 3He(?,?)7Be is a key reaction (Big-Bang; Hydrogen Burning), the ?(E) cross section should be known with a precision of 3.5%. Because of discrepancies between different results, we measured it with 3 independent methods (activation, g-yield, recoil separator). The results are consistent, the average rate improved, however, the precision is still not enough. New ?(E) values were also determined for reactions important for CNO-cycle. Astrophysical p-process: a lot of new reaction rates were measured. The results were compared with Hauser-Feshbach calculations using different particle-nucleus potentials. Conclusion: for proton induced reactions the agreement is acceptable, contrary to ?-particles. Optical potentials extracted from precise ?-elastic scattering didn't solved the problem for ?-s. A new idea, the applicability of (p,n) reactions in p-process studies was introduced. The key reaction, 124Xe(?,gamma)128Ba, is in test phase, the setup was developed. In our studies activation method was mostly used, therefore the predicted halflife changes of active nuclei implanted into different materials were checked. Neither host material nor temperature dependence was found. Experiments were performed by Trojan Horse Method in international collaboration. The applicability of that indirect method was proved (7Li+p), first time the interference-free p-p scattering as well as the 18O+p and 10,11B+p reactions at close to zero energies (no extrapolation) were measured

The 106Cd(α, α)106Cd elastic scattering in a wide energy range for γ process studies

Alpha elastic scattering angular distributions of the 106Cd(α, α)106Cd reaction were measured at three energies around the Coulomb barrier to provide a sensitive test for the α + nucleus optical potential parameter sets. Furthermore, the new high precision angular distributions, together with the data available from the literature were used to study the energy dependence of the locally optimized α + nucleus optical potential in a wide energy region ranging from ELab = 27.0 MeV down to 16.1 MeV. The potentials under study are a basic prerequisite for the prediction of α-induced reaction cross sections and thus, for the calculation of stellar reaction rates used for the astrophysical γ process. Therefore, statistical model predictions using as input the optical potentials discussed in the present work are compared to the available 106 Cd + alpha cross section data

α scattering and α -induced reaction cross sections of Zn 64 at low energies

Background: α-nucleus potentials play an essential role for the calculation of α-induced reaction cross sections at low energies in the statistical model. Uncertainties of these calculations are related to ambiguities in the adjustment of the potential parameters to experimental elastic scattering angular distributions and to the energy dependence of the effective α-nucleus potentials. Purpose: The present work studies the total reaction cross section σreac of α-induced reactions at low energies which can be determined from the elastic scattering angular distribution or from the sum over the cross sections of all open nonelastic channels. Method: Elastic and inelastic Zn64(α,α)Zn64 angular distributions were measured at two energies around the Coulomb barrier, at 12.1 and 16.1 MeV. Reaction cross sections of the (α,γ), (α,n), and (α,p) reactions were measured at the same energies using the activation technique. The contributions of missing nonelastic channels were estimated from statistical model calculations. Results: The total reaction cross sections from elastic scattering and from the sum of the cross sections over all open nonelastic channels agree well within the uncertainties. This finding confirms the consistency of the experimental data. At the higher energy of 16.1 MeV, the predicted significant contribution of compound-inelastic scattering to the total reaction cross section is confirmed experimentally. As a by-product it is found that most recent global α-nucleus potentials are able to describe the reaction cross sections for Zn64 around the Coulomb barrier. Conclusions: Total reaction cross sections of α-induced reactions can be well determined from elastic scattering angular distributions. The present study proves experimentally that the total cross section from elastic scattering is identical to the sum of nonelastic reaction cross sections. Thus, the statistical model can reliably be used to distribute the total reaction cross section among the different open channels. © 2016 American Physical Society

2nd International Conference on Nuclear Physics in Astrophysics

Launched in 2004, "Nuclear Physics in Astrophysics" has established itself in a successful topical conference series addressing the forefront of research in the field. This volume contains the selected and refereed papers of the 2nd conference, held in Debrecen in 2005 and reprinted from "The European Physical Journal A - Hadrons and Nuclei"

Elastic alpha scattering experiments and the alpha-nucleus optical potential at low energies

High precision angular distribution data of (α,α) elastic scattering are presented for the nuclei 89Y, 92Mo, 106,110,116Cd, 112,124Sn, and 144Sm at energies around the Coulomb barrier. Such data with small experimental uncertainties over the full angular range (20-170 degrees) are the indispensable prerequisite for the extraction of local optical potentials and for the determination of the total reaction cross section σreac. A systematic fitting procedure was applied to the presented experimental scattering data to obtain comprehensive local potential parameter sets which are composed of a real folding potential and an imaginary potential of Woods-Saxon surface type. The obtained potential parameters were used in turn to construct a new systematic α-nucleus potential with very few parameters. Although this new potential cannot reproduce the angular distributions with the same small deviations as the local potential, the new potential is able to predict the total reaction cross sections for all cases under study