Misure di Sezioni d’urto di Reazioni Nucleari di Interesse Astrofisico

Presentazione sul tema: "Misure di Sezioni d’urto di Reazioni Nucleari di Interesse Astrofisico"— Transcript della presentazione:

1 Misure di Sezioni d’urto di Reazioni Nucleari di Interesse Astrofisico
(Esperimento LUNA) Roberto Bonetti e Alessandra Guglielmetti Istituto di Fisica Generale Applicata per la collaborazione LUNA (Genova, LNGS, Milano, Napoli, Padova, Torino, Bochum, Debrecen, Lisbona)

2 Reazioni nucleari all’interno delle stelle
Picco di Gamow Energia Probabilità relativa Distribuzione Maxwelliana  e-E/kT Effetto Tunnell attraverso la barriera coulombiana Temperature stellari: sole  T6 = 15 K AGB  T6 = 90 K E = kT  (1 – 8) keV  Ec Energia di Gamow per le reazioni di combustione H EG = (6 – 88 keV)

3 Sezione d’urto e fattore astrofisico
Fattore di Gamow Regione del picco di Gamow Energia Fattore S (scala lin) Sezione d’urto (scala log) Sezioni d’urto dell’ordine del picobarn !!

4 Laboratorio Sotterraneo
Sole Luminosita’ (energia irradiata nell’unita’ di tempo) = 2 ·1039 MeV/s Q-valore (energia liberata da ogni reazione) = MeV  Rate di reazione (numero di reazioni per unita’ di tempo) = 1038 s-1 Laboratorio sezione d’urto = 10-2 picobarn= cm2 efficienza = 10% corrente del fascio = 200 A = 1015 atomi/s spessore equivalente bersaglio = g/cm2 corrispondente a 1017 atomi bersaglio per cm2  Rate di reazione (numero di reazioni per unita’ di tempo) = 10-7 s-1 = meno di un evento al mese Per misurare ad energie stellari e’ necessario ridurre il fondo cosmico Laboratorio Sotterraneo

5 Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics
LNGS: riduzione del fondo cosmico  10-6 n 10-3  10-1 Acceleratore da 400 kV: E fascio  50 – 400 keV I max  500 A per protoni E  0.1 keV

6 Ciclo dell’Idrogeno 4p4He + 2e+ + 2 + 26.2 MeV Ciclo p-p Ciclo CNO
85% 15% 0.02% % 12C 13N p,g b- 13C 14N 15O b+ 15N p,a Ciclo CNO

7 Misura della reazione 3He+3He
Reazione fondamentale nel ciclo p-p Misurata per energie all’interno del picco di Gamow Esclusa la presenza di risonanze a bassa energia ”puzzle” dei neutrini solari

8 Ciclo CNO T>1.6 107 K M>1.1 Masse solari
Il rate di produzione energetica e’ governato dalla sezione d’urto della reazione 14N(p,)15O che e’ la reazione piu’ lenta del ciclo. Una sua variazione puo’ influenzare: Il flusso di neutrini dal ciclo CNO L’eta’ dei cluster globulari

9 Cluster globulari e sezione d’urto di 14N(p,)15O
S 14,1 x5 Standard CF88

10 Angulo, Descouvement (2001),
14N(p,)15O Schröder et al. (1987) Nucl. Phys A factor 10 ! Angulo, Descouvement (2001), Nucl. Phys A fattore 20 circa SDC0(0)=1.55±0.34 keV-b (Schröder) STot(0)=3.20±0.54 keV-b (Schröder) SDC0(0)=0.08±0.06 keV-b (Angulo) STot(0)=1.77±0.20 keV-b (Angulo)

11 Tecniche sperimentali a LUNA
Bersaglio solido Rivelatore HpGe Misura delle singole transizioni  Bassa efficienza Alta risoluzione Distribuzione angolare Alta densita’ E fascio minima = 140 keV Bersaglio gassoso BGO summing crystal Purezza Stabilita’ Bassa risoluzione Alta efficienza S(E) totale E fascio minima = 80 keV

12 Risultati Il fattore astrofisico totale della reazione 14N(p,)15O è stato misurato direttamente fino a 70 keV con una precisione statistica del 9% e sistematica del 7%. Energia del picco di Gamow per la 14N(p,)15O in diverse tipologie di stelle Misura diretta di S nel picco di Gamow di RGB e AGB, dove non sono più necessarie estrapolazioni. Conferma delle estrapolazioni più recenti con S(0) dimezzato rispetto a NACRE. Gli ammassi globulari sono più vecchi di 0.7 miliardi di anni. Il flusso dei neutrini solari del ciclo CNO è dimezzato.

13 studio della reazione 3He(4He, )7Be
Progetto in corso: studio della reazione 3He(4He, )7Be John Bahcall e M. H. Pinsonneault, astro-ph/ v1, 2004:The rate of the reaction 3He(4He,)7Be is the largest nuclear physics contributor to the uncertainties in the solar model predictions of the neutrino fluxes in the p-p chain. In the past 15 years, no one has remeasured this rate; it should be the highest priority for nuclear astrophysicists.“ Per raggiungere DFB/FB=3% si deve avere D S34 / S34  3 % Misure precedenti effettuate con due diverse tecniche sperimentali: valori medi in disaccordo dell’ 11%

14 Misura a LUNA Entrambe le tecniche contemporaneamente e precisione del 5% Target Misura diretta: HpGe Rivelatore HPGe 135% posizionato sotto la camera Schermo di Pb da 0.3 m3 attorno al rivelatore: ci si aspetta un’attenuazione di un fattore per  da 1.6 MeV Fascio di 4He e bersaglio di 3He con sistema di ricircolo per minori contaminazioni Correzione per effetti di riscaldamento del bersaglio indotti dal fascio Misura di I* tramite scattering Rutherford

15 Misura di attivazione:
I nuclei di 7Be prodotti dalla reazione vengono raccolti e se ne misura l’attivita’ “off-line” con un rivelatore HpGe 125% completamente schermato Grazie alla soppressione del fondo di muoni del LNGS (10-6) e allo schermo di Pb il fondo nella regione di interesse ( 480 keV) e’ circa 2 conteggi/giorno Dopo un giorno di irraggiamento con I= 200 A e p= 1 mbar ci si aspetta: E cm = 160 keV n = 320 eventi/settimana Si puo’ ottenere la precisione desiderata