Experimental investigation of the reactions _1hn2_1hn5Mg(α,n)_1hn2_1hn8Si [25Mg(alpha,n)28Si], _1hn2_1hn6Mg(α,n)_1hn2_1hn9Si, [25Mg(alpha,n)29Si] {_1hn1_1hn8O(α,n)_1hn2_1hn1Ne [18O(alpha,n)2Ne] and their impact on stellar nucleosynthesis [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Sascha Falahat

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• Physik

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• Publié par: johannes_gutenberg-universitat_mainz
• Publié le: 01 janvier 2010
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• Langue: Deutsch
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Extrait

Experimental Investigation of the
25 28Reactions Mg(,n) Si,
26 29 18 21Mg(,n) Si, O(,n) Ne
and their Impact on Stellar
Nucleosynthesis
Dissertation
zur Erlangung des Grades
Doktor der Naturwissenschaften
am Fachbereich Physik, Mathematik und Informatik der
Johannes Gutenberg-Universit¨at Mainz
vorgelegt von
Sascha Falahat
geboren in Mainz am Rhein
Mainz, den 10. Juni 2010.
Max-Planck-Institut fur¨ Chemie, Johannes Joachim Becher Weg 27, 55128 Mainz
Institut fur¨ Physik, Staudingerweg 7, 55128 MainzMeinen Eltern und Meinem Bruder SamanZusammenfassung
25 28 26 29IndervorliegendenDissertationwerdendieKernreaktionen Mg(α,n) Si, Mg(α,n) Si
18 21und O(α,n) Ne im astrophysikalisch interessanten Energiebereich von E = 1000 keVα
bis E = 2450 keV untersucht.α
Die Experimente wurden am Nuclear Structure Laboratory der University of Notre Dame
(USA)mitdemvorOrtbefindlichenVan-de-GraaffBeschleunigerKNdurchgefuhrt.¨ Hier-
bei wurden Festk¨orpertargets mit evaporiertem Magnesium oder anodisiertem Sauerstoff
mit α-Teilchenbeschossenund die freigesetzten Neutronen untersucht. Zum Nachweisder
freigesetzten Neutronen wurde mit Hilfe von Computersimulationen ein Neutrondetek-
3torbasierendauf He-Z¨ahlrohrenkonstruiert. Weiterhinwurdenaufgrunddesverst¨arkten
AuftretensvonHintergrundreaktionenverschiedeneMethodenzurDatenanalyseangewen-
det. Abschliessend wird mit Hilfe von Netzwerkrechnungen der Einfluss der Reaktionen
25 28 26 29 18 21Mg(α,n) Si, Mg(α,n) Si und O(α,n) Ne auf die stellare Nukleosynthese unter-
sucht.Abstract
25 28 26 29In the present dissertation, the nuclear reactions Mg(α,n) Si, Mg(α,n) Si and
18 21O(α,n) Ne are investigated in the astrophysically interesting energy region from
E = 1000 keV to E = 2450 keV.α α
The experiments were performed at the Nuclear Structure Laboratory of the University of
Notre Dame (USA) with the Van-de-Graaff accelerator KN. Solid state targets with evap-
orated magnesium or anodized oxygen were bombarded with α-particles and the released
neutrons detected. For the detection of the released neutrons, computational simulations
3were used to construct a neutron detector based on He counters. Because of the strong
occurrence of background reactions, different methods of data analysis were employed.
25 28 26 29 18 21Finally, the impact of the reactions Mg(α,n) Si, Mg(α,n) Si and O(α,n) Ne on
stellar nucleosynthesis is investigated by means of network calculations.Contents
Zusammenfassung i
Abstract iii
Contents v
List of Figures viii
List of Tables xi
1 Introduction 1
2 Nucleosynthesis in Stars 3
2.1 The Classical S-Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1.1 S-Process Branchings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Stellar Sites for the S-Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.1 AGB Stars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.2 Massive Stars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3 Nuclear Physics behind Nucleosynthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3.1 The Astrophysical S-Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.4 Reaction Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.5 Observational Evidence - Meteoritic Grains . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3 Previous Results 17
25 28 26 293.1 Mg(α,n) Si & Mg(α,n) Si . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
18 213.2 O(α,n) Ne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4 Experimental Techniques and Procedures 31
4.1 The KN Accelerator and Beam Transport System . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.1.1 RBS Beamline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
◦4.1.2 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.2 Neutron Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.2.1 Moderation of Neutrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.2.2 Design Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.2.3 Computational Simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.2.4 Parameter Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.2.5 Design of the Test Detector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.3 Neutron Detector Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.3.1 Electronics Setup of the Neutron Detectors . . . . . . . . . . . . . . 50