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Cem Deniz Kurtulgil

• The stellar nucleosynthesis of elements heavier than iron can primarily be attributed to neutron capture reactions in the s and r process. While the s process is considered to be well understood with regards to the stellar sites, phases and conditions where it occurs, nucleosynthesis networks still need accurate neutron capture cross sections with low uncertainties as input parameters. Their quantitative outputs for the isotopic abundances produced in the s process, coupled with the observable solar abundances, can be used to indirectly infer the expected r process abundances. The two stable gallium isotopes, 69Ga and 71Ga, have been shown in sensitivity studies to have considerable impact on the weak s process in massive stars. The available experimental data, mostly derived from neutron activation measurements for quasi-stellar neutron spectra at kBT = 25 keV, show disagreements up to a factor of three. Determining the differential neutron capture cross section can provide input data for the whole range of astrophysically relevant energies. To that end, a neutron time of flight experimental campaign at the n_TOF facility at CERN was performed for three months, using isotopically enriched samples of both isotopes. The data taken at the EAR1 experimental area covered a wide neutron energy range from thermal to several hundred keV. The respective differential and spectrum averaged neutron capture cross sections for 69Ga and 71Ga were determined in this thesis. They show good agreement with the evaluated cross sections for 71Ga, but reproduce the deviations from the evaluated data that other, more recent activation measurements showed for 69Ga.
• Die Nukleosynthese der meisten Elemente schwerer als Eisen in Sternen erfolgt durch Neutroneneinfangreaktionen im s- und r-Prozess. Während der s-Prozess bezüglich der stellaren Szenarien, Brennphasen und Bedingungen, unter welchen er vorkommt, als gut verstanden gilt, erfordern Nukleosynthese Netzwerkrechnungen genaue Neutroneneinfangwirkungsquerschnitte als Eingabeparameter. Ihre quantitativen Ergebnisse der s-Prozess Isotopenhäufigkeiten, kombiniert mit den beobachtbaren solaren Isotopenhäufigkeiten, können genutzt werden, um die zu erwartenden r-Prozess-Häufigkeiten zu bestimmen. Sensitivitätsstudien des schwachen s-Prozess in massiven Sternen haben gezeigt, dass die zwei stabilen Gallium Isotope, 69Ga und 71Ga, einen beachtlichen Einfluss auf diesen haben. Die verfügbare experimentelle Datenlage stammt primär aus Aktivierungsmessungen für quasi-stellare Neutronenspektren bei kBT = 25 keV, und weist Unterschiede bis zu einem Faktor drei zueinander auf. Die Bestimmung der differenziellen Neutroneneinfangwirkungsquerschnitte ermöglicht es, Eingabeparameter für den kompletten Bereich astrophysikalisch relevanter Energien zu generieren. Zu diesem Zweck wurde am n_TOF Experiment am CERN eine Flugzeitmessung über drei Monate hinweg durchgeführt. Die gemessenen Daten erstrecken sich über einen Neutronenenergiebereich von thermischen Energien bis zu mehreren hundert keV. Die differenziellen und über die jeweiligen stellaren Neutronenspektren gemittelten Wirkungsquerschnitte von 69Ga und 71Ga wurden in dieser Arbeit bestimmt. Sie zeigen gute Übereinstimmung mit den evaluierten Wirkungsquerschnitten für 71Ga, reproduzieren aber die in kürzlich durchgeführten Aktivierungsmessungen gefundenen Abweichungen von den evaluierten Daten für 69Ga.