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The 152Sm(p,n) reaction and its astrophysical importance

  • Within the nucleosynthetic processes of the slow neutron-capture reaction network (called the s process) the so called branching points, unstable isotopes where different nuclear reactions are competing, are important to understand . For modeling and calculating the nucleosynthesis and compare the resulting abundances to the observed ones, it is indispensable to know the branching ratios as well as the corresponding cross sections. A great challenge in measuring those rates in experiments may be the radioactivity of the isotopes involved, which can make it nearly impossible to manufacture the needed targets. In addition, in stellar environments the excited states of isotopes can be in equilibrium with the ground state, affecting the half-lives and the branching ratios significantly. The isotope 152Eu is such a branching point, with neutron captures and β-decays competing. Those challenges were approached in the s405 experiment performed at the GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH: the challenge the challenge of the radioactivity can be approached by experiments carried out in inverse kinematics with radioactive beams, solving the problem of unstable targets. Also a reversed reaction was used to access the excited states of the studied isotope. The performed 152Sm(p,n)152Eu is a pioneering attempt to use those methods on heavy ions. The (p,n) reaction was used as a substitute for electron capture, the focus lies on reactions with low-momentum transfers, resulting in the emission of low-energy neutrons. The new developed low-energy detector array LENA was put to test for the fist time in the s405 experiment.
  • Verzweigungspunkte im Netzwerk der langsamen Neutroneneinfangprozesse sind ein Schwerpunkt der aktuellen Forschung im Gebiet der nuklearen Astrophysik. Für die Modellierung der Isotopenhäufigkeit und damit des Verständnisses der gesamten Nukleosynthese ist es unabdingbar, die Reaktionsraten und Verzweigungsverhältnisse zu kennen. Schwierigkeiten bei der Messung dieser treten beispielsweise auf, wenn die involvierten Isotope radioaktiv sind: Isotope mit einer kurzen Halbwertszeit eignen sich nicht für die Targetproduktion. Zudem können sich in stellaren Umgebungen angeregte und Grundzustände eines Isotopes in einem thermischen Gleichgewicht befinden. Da angeregte Zustände eine gegenüber dem Grundzustand abweichende Halbwertszeit haben können, führt dieses Gleichgewicht zu einer Änderung der Zerfallszeiten gegenüber nur im Grundzustand liegenden Isotopen, wie im Labor meist üblich. Der Verzweigungspunkt 152Eu ist solch ein Fall. Für beide Herausforderungen gibt es am s405 Experiment, durchgeführt am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH, einen Lösungsansatz. Studiert wurde die Reaktion 152Sm(p,n)152Eu in inverser Kinematik. Die Ausnutzung von inverser Kinematik erlaubt es, an Stelle radioaktiver Targets radioaktive Strahlen zu nutzen. Des Weiteren wird durch die Substitution des Elektroneneinfangprozesses durch eine Ladungsaustauschreaktion der eigentliche Zerfall umgedreht und vom Zerfallsprodukt ausgehend studiert. Dies hat den Vorteil, dass auf diesem Wege angeregte Zustandslevel des zu vermessenden Kerns bevölkert werden können. Eine Folge der Ladungsaustauschreaktion ist die Emission von niederenergetischen Neutronen in großem Winkel relativ zum Target. Um diese zu messen wurde ein neuer Detektor, LENA, entwickelt und das erste mal unter vollen experimentellen Bedingungen getestet. Eine Zusammenfassung der Arbeit samt des Ergebnisses in deutscher Sprache befindet sich im Anhang.

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Metadaten
Author:Moritz Pohl
URN:urn:nbn:de:hebis:30:3-369384
URL:http://exp-astro.physik.uni-frankfurt.de/docs/pohl_14_phd.pdf
Referee:René ReifarthORCiD, Kerstin Sonnabend
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2014
Year of first Publication:2014
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2014/12/17
Release Date:2015/06/23
Page Number:138
HeBIS-PPN:354832751
Institutes:Physik / Physik
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik
Sammlungen:Universitätspublikationen
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht