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The experimental area 2 (EAR-2) at CERNs neutron time-of-flight facility (n_TOF), which is operational since 2014, is designed and built as a short-distance complement to the experimental area 1 (EAR-1). The Parallel Plate Avalanche Counter (PPAC) monitor experiment was performed to characterize the beam pro↓le and the shape of the neutron 'ux at EAR-2. The prompt γ-flash which is used for calibrating the time-of-flight at EAR-1 is not seen by PPAC at EAR-2, shedding light on the physical origin of this γ-flash.
The Cosmological Lithium Problem refers to the large discrepancy between the abundance of primordial 7Li predicted by the standard theory of Big Bang Nucleosynthesis and the value inferred from the so-called “Spite plateau” in halo stars. A possible explanation for this longstanding puzzle in Nuclear Astrophysics is related to the incorrect estimation of the destruction rate of 7Be, which is responsible for the production of 95% of primordial Lithium. While charged-particle induced reactions have mostly been ruled out, data on the 7Be(n,α) and 7Be(n,p) reactions are scarce or completely missing, so that a large uncertainty still affects the abundance of 7Li predicted by the standard theory of Big Bang Nucleosynthesis. Both reactions have been measured at the n_TOF facility at CERN, providing for the first time data in a wide neutron energy range.
The 33S(n,α)30Si cross section measurement, using 10B(n,α) as reference, at the n_TOF Experimental Area 2 (EAR2) facility at CERN is presented. Data from 0.01 eV to 100 keV are provided and, for the first time, the cross section is measured in the range from 0.01 eV to 10 keV. These data may be used for a future evaluation of the cross section because present evaluations exhibit large discrepancies. The 33S(n,α)30Si reaction is of interest in medical physics because of its possible use as a cooperative target to boron in Neutron Capture Therapy (NCT).
Neutron-induced reaction cross sections are important for a wide variety of research fields ranging from the study of nuclear level densities, nucleosynthesis to applications of nuclear technology like design, and criticality and safety assessment of existing and future nuclear reactors, radiation dosimetry, medical applications, nuclear waste transmutation, accelerator-driven systems and fuel cycle investigations. Simulations and calculations of nuclear technology applications largely rely on evaluated nuclear data libraries. The evaluations in these libraries are based both on experimental data and theoretical models. CERN’s neutron time-of-flight facility n_TOF has produced a considerable amount of experimental data since it has become fully operational with the start of its scientific measurement programme in 2001. While for a long period a single measurement station (EAR1) located at 185 m from the neutron production target was available, the construction of a second beam line at 20 m (EAR2) in 2014 has substantially increased the measurement capabilities of the facility. An outline of the experimental nuclear data activities at n_TOF will be presented.
Im Weltall existieren hunderte sehr helle Objekte, die eine hohe konstante Leuchtkraft im Wellenlängenbereich von Gammastrahlung besitzen. Die konstante Leuchtkraft mancher dieser Objekte wird in regelmäßigen Abständen von starken Ausbrüchen, den sogenannten X-Ray-Bursts, unterbrochen. Hauptenergiequelle dieser X-RayBursts ist der „rapid-proton-capture“-Prozess (rp-Prozess). Dieser zeichnet sich durch eine Abfolge von (p,γ)-Reaktionen und β+-Zerfällen aus, die die charakteristischen Lichtkurven produzieren. Für viele am Prozess beteiligte Reaktionen ist der Q-Wert sehr klein, wodurch die Rate der einzelnen Reaktionen von den resonanten Einfängen in die ungebundenen Zustände dominiert wird. Die Unsicherheiten in der Beschreibung der Lichtkurve sind derzeit aufgrund fehlender kernphysikalischer Informationen von vielen am Prozess beteiligten Isotopen sehr groß. Sensitivitätsstudien zeigen, dass dabei die Unsicherheiten der 23Al(p,γ)24Si-Reaktion eine der größten Auswirkungen auf die Lichtkurve hat. Diese werden durch ungenaue und widersprüchliche Informationen zu den ungebundenen Zuständen im kurzlebigen 24Si hervorgerufen.
Um Informationen über die Kernstruktur von 24Si zu erhalten, wurde am National Superconducting Cyclotron Laboratory (NSCL), Michigan, USA, die 23Al(d,n)24Si Transferreaktion untersucht. Der in dieser Form erstmals umgesetzte Versuchsaufbau bestand aus einem Gammadetektor zur Messung der Übergangsenergien des produzierten 24Si, einem Neutronendetektor zur Messung der Winkelverteilung der emittierten Neutronen und einem Massensprektrometer zur Identifikation des produzierten Isotops. Mit diesem Aufbau, der eine Detektion der kompletten Kinematik der (d,nγ)-Reaktion ermöglichte, konnten folgende Erkentnisse gewonnen werden:
Aus der Energie der nachgewiesenen Gammas konnten die Übergänge zwischen den Kernniveaus von 24Si bestimmt und daraus die Energien der einzelnen Zustände ermittelt werden. Dabei konnte neben dem bereits bekannten gebundenen 2+-Zustand (in dieser Arbeit gemessen bei 1874 ± 2,9keV) und dem ungebundenen 2+-Zustand (3448,8 ± 4,6keV), erstmals ein weiterer ungebundener (4+,0+)-Zustand bei 3470,6 ± 6,2 keV beobachtet werden. Zusätzlich konnte die Diskrepanz, die bezüglich der Energie des ungebundenen 2+-Zustands aufgrund früherer Messungen bestand, beseitigt und die Energieunsicherheit reduziert werden.
Aus der Anzahl der nachgewiesenen Gammas konnten ebenfalls die (d,n)-Wirkungsquerschnitte in die einzelnen Zustände von 24Si bestimmt werden. Unter Verwendung der Ergebnisse von DWBA-Rechnungen konnte mithilfe dieser die spektroskopischen Faktoren berechnet werden. Für die angeregten Zustände musste dabei zwischen verschiedenen Drehimpulsüberträgen unterschieden werden. Mittels der Winkelverteilung der nachgewiesenen Neutronen konnte gezeigt werden, dass die Gewichtung anhand der theoretischen spektroskopischen Faktoren zur Berechnung der Anteile des jeweiligen Drehimpulsübertrags am gesamten Wirkungsquerschnitt für den entsprechenden Zustand gute Ergebnisse liefert. Für eine quantitative Bestimmung der spektroskopischen Faktoren der Zustände anhand der Neutronenwinkelverteilungen in 24Si war allerdings die Statistik zu gering. Für den Fall der deutlich häufiger beobachteten 22Mg(d,n)23Al-Reaktion konnte hingegen ein spektroskopischer Faktor für den 23Al-Grundzustand von 0,29 ± 0,04 bestimmt werden. Abschließend wurden die Auswirkungen der gewonnenen Erkenntnisse zur Kernstruktur von 24Si auf die Rate der 23Al(p,γ)-Reaktion untersucht. Dabei konnte aufgrund der besseren Energiebestimmung zum einen die Diskrepanz zwischen den Raten die auf Grundlage der beiden früheren Untersuchungen berechnet wurden und bis zu einem Faktor von 20 voneinander abweichen, beseitigt werden. Zum anderen konnte aufgrund der kleineren Unsicherheit in der Energiebestimmung der Fehlerbereich der Rate verkleinert werden. Die Untersuchungen zeigen, dass die Unsicherheit in der neuen Rate von der Ungenauigkeit der Massenbestimmung der beiden beteiligten Isotope und damit dem Q-Wert der Reaktion dominiert wird. Durch eine bessere Bestimmung des Q-Werts könnte die Unsicherheit in der Rate aufgrund der neuen experimentellen Ergebnisse auf ein Zehntel gesenkt werden.
The 23Al(p, γ)24Si stellar reaction rate has a significant impact on the light-curve emitted in X-ray bursts. Theoretical calculations show that the reaction rate is mainly determined by the properties of direct capture as well as low-lying 2+ states and a possible 4+ state in 24Si. Currently, there is little experimental information on the properties of these states.
In this proceeding we will present a new experimental study to investigate this reaction, using the surrogate reaction 23Al(d,n) at 47 AMeV at the National Superconducting Cyclotron Laboratory (NSCL). We will discuss our new experimental setup which allows us to use full kinematics employing the Gamma-Ray Energy Tracking In-beam Nuclear Array (GRETINA) to detect the γ-rays following the de-excitation of excited states of the reaction products and the Low Energy Neutron Detector Array (LENDA) to detect the recoiling neutrons. The S800 was used for identification of the 24Si recoils. As a proof of principle to show the feasibility of this concept the Q-value spectrum of 22Mg(d,n)23Al is reconstructed.
Neutron capture and β− -decay are competing branches of the s-process nucleosynthesis path at 85Kr [1], which makes it an important branching point. The knowledge of its neutron capture cross section is therefore essential to constrain stellar models of nucleosynthesis. Despite its importance for different fields, no direct measurement of the cross section of 85Kr in the keV-regime has been performed. The currently reported uncertainties are still in the order of 50% [2, 3]. Neutron capture cross section measurements on a 4% enriched 85Kr gas enclosed in a stainless steel cylinder were performed at Los Alamos National Laboratory (LANL) using the Detector for Advanced Neutron Capture Experiments (DANCE). 85Kr is radioactive isotope with a half life of 10.8 years. As this was a low-enrichment sample, the main contaminants, the stable krypton isotopes 83Kr and 86Kr, were also investigated. The material was highly enriched and contained in pressurized stainless steel spheres.
The 124Xe(p,γ) reaction has been measured for the first time at energies around the Gamow window by using stored ions at the ESR facility. The desired beam energies below 10 MeV/u introduce new experimental challenges like windowless ions detection under UHV conditions, extremely short beam lifetimes and efficient beam deceleration and cooling, all of which have been successfully met.