4 he 12 c 16 o g
Sponsored Links
This presentation is the property of its rightful owner.
1 / 24

恒星温度における 4 He( 12 C, 16 O) g 反応の直接測定 PowerPoint PPT Presentation


  • 51 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

恒星温度における 4 He( 12 C, 16 O) g 反応の直接測定. 藤田 訓裕 相良建至 , 寺西高 , 谷口雅彦 , 松田沙矢香 , 山口 祐幸 , Maria Theodora Rosary , 三皷達輝 , 岩崎諒 , 兒玉大輔 , 劉盛 進 A , J.Y . Moon B 九州大学大学院理学研究院 A 神戸大学大学院理学研究院 B Chung-Ang University. 4 He+ 12 C 反応. ヘリウム燃焼後 の 12 C/ 16 O 存在比 がこの断面積で決まる  → 後の星の 進化に 影響

Download Presentation

恒星温度における 4 He( 12 C, 16 O) g 反応の直接測定

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


恒星温度における4He(12C,16O)g反応の直接測定

藤田 訓裕

相良建至, 寺西高, 谷口雅彦, 松田沙矢香, 山口祐幸, Maria Theodora Rosary, 三皷達輝, 岩崎諒, 兒玉大輔, 劉盛進A, J.Y. MoonB

九州大学大学院理学研究院

A神戸大学大学院理学研究院

BChung-Ang University


4He+12C反応

ヘリウム燃焼後の12C/16O 存在比がこの断面積で決まる

 → 後の星の進化に影響

 超新星爆発 or 白色矮星、宇宙の元素組成比等にも影響

天体温度(Ecm=0.3MeV)での4He(12C,16O)g反応

Coulomb障壁により断面積は微少 (~10-8nb)

Sub-thresholdに16Oの励起準位

Ecm=2.4MeVから0.7MeVまで精密測定(精度10%)

  →Ecm=0.3MeVでの断面積は外挿で求める

our experiment

( 10% accuracy)

E1

E2

恒星温度

外挿


16O 直接測定

How to measure ?

4He beam + g直接測定

16O の直接測定 : 12C beamと4He 標的を使った逆運動学測定

high efficiency (~ 40%: 荷電分布で決まる)

total S-factor can be obtained

Inverse reaction, 16O+ g (virtual or real) measurement

16N decay measurement

Ecm=0.7MeV での測定に必要なのは

バックグラウンド除去能率: NBG/N12C ratio of 10-19

厚いGasターゲット : ~25 Torr x 3 cm

high intensity beam: ~ 10 pmA

ターゲット通過後の荷電分布 →劉さん発表(この後)


Experimental Setup

Kyushu University Tandem Laboratory (KUTL)

Tandem Accelerator

chopper

buncher

Blow in windowless

4He gas target

12C beam

RMS

12C

Sputter

ion source

Recoil

Mass

Separator

(RMS)

Tandem

Long-time chopper

Final focal plane

(mass separation)

Ecm = 2.4~0.7 MeV

E(12C)=9.6~2.8 MeV

E(16O)=7.2~2.1 MeV

16O

Detector (Si-SSD)


BG Reduction and 16O Detection

Recoil Mass Separator

12C/16O 分解能 : ratio of 10-11

角度acceptance: ±1.9deg

反応後の16O を100%収集できる

問題となる12Cバックグラウンド

荷電変換

真空容器との多重散乱

ED以降16Oとp/qが同じだと

分離できない

Background reduction

RF deflector (Long-Time Chopper) : ~10-3

電極位置の最適化

稼働スリットの設置・最適化: 10-2

真空度の改善: 10-1

v dispersion

m dispersion


Ecm=1.5 MeV Experiment

beam: 12C1+, frequency: 3.620MHz

energy: 6.0MeV, intensity: 60pnA

  • target: 4He gas 15.0 Torr x 3.98 cm

  • observable: 16O3+, 4.5 ± 0.3 MeV

  • abundance = 40.9 ± 2.1 % = efficiency

95 hours data

16O

208 counts


Cross Section and S-factor

2点のエネルギーで断面積測定を求めることが出来た

2.4MeV:

1.5MeV:

現状のバックグラウンド除去率はNBG/N12C =10-16

次のエネルギー(Ecm=1.15MeV) での測定には、もう1桁以上必要

, 2010

stellar energy

Our data (2009, 2010)

D. Schurmann et al.

Eur. Phys. J. A 26, 301-305 (2005)


イオンチェンバー開発

  • 現状のセットアップでは16Oと12Cの分離が不十分

    • 最終目標のEcm=0.7MeVまでは後3桁のBG除去が必要

  • 静電DeflectorやWien-Filter→設置場所の問題で難しい

  • 検出器で分ける

    イオンチェンバーでDE情報を取得

16O (4.5MeV)

DE [MeV]

E-DE のシミュレーション

Arガス:20Torrx5cm

12C (1~6MeV)

Total E [MeV]


設計

  • ガス: PR-Gas, 10~30 Torr

  • 有感エリア: 40Hx40Wx50tmm2

  • 入射窓: PET foil, 0.5mm, f45mm

  • 電圧:

    • Cathode: GND, Grid: 100V, Anode: 150V

  • 1ns以下の時間分解能が必要

    →最終面にSSDを設置

50mm

SSD

particle

cathode

PET

foil

40mm

f45mm

frish grid

anode

50mm


性能評価

Ionization

Chamber

  • 16O + 12C弾性散乱で性能テスト

    • Beam: 16O2+, 9.6MeV

    • Target: 12C(7 mg/cm2)

12C,16O

  • Ionization Chamber

    • PR-gas: 20 Torr

    • Cathode: -150V, Grid: -50V

16Obeam

θ

7μg/cm2 C-foil

45.0°

37.5°

DE [ch]

16O: 4.75MeV

12C: 5.91MeV

12C: 4.70MeV

  • Grid電圧とゲインの関係. 600V以下が電離領域

  • 16O(4.75MeV)と12C(4.7MeV)の分離が出来た

  • エネルギー分解能 DE/E=6%(FWHM)

Total E [ch]


12C+aテスト測定

  • Ecm=1.5MeVの条件でテスト

    • 6.0MeV, 12C beam: ~100nA

  • タンデムから自発発生する16Oビームをパイロットビームとする

DE [MeV]

16O

projection

12C

Total E [MeV]

DE [MeV]

  • 16O(4.5MeV)と12C(3~6MeV)が3桁以上(99.9%)の比で分離出来た

  • エネルギー分解能 DE/E=9%(FWHM)


  • E-TOF図: particle ID前と後

10 hours data

16O

TOF [ns]

Total E [MeV]


Summary

九大ではヘリウム燃焼後の12C/16O 比を決定するため、4He(12C, 16O)g反応を16Oの直接測定で求めようとしている

これまでにEcm= 2.4, 1.5 MeVの2点で測定を行った

現状でのバックグラウンド除去能率はNBG/N12C=10-16であるが、Ecm=0.7MeVの測定には10-19必要である

ガス中のエネルギー損失で16O, 12C分別する方法を考え、イオンチェンバーを開発した

Ecm=1.5MeVテスト実験を行った結果、これまでの3桁以上のバックグラウンド除去が確認できた。より低いエネルギーで測定する準備が整った


BACKUP


Evolution of Stars

ヘリウム(He)燃焼

3 4He → 12C

4He+12C → 16O+g

水素(H)燃焼

4p → 4He

via

p-p chain &

CNO cycle

炭素(C)燃焼

酸素(O)燃焼

Si燃焼

12C/16O 存在比がこの過程で決まる

→ 後の星の進化(元素合成)に影響

超新星爆発 or 白色矮星

宇宙の元素組成比等にも影響


Windowless Gas Target

3000 l/s

520 l/s

330 l/s

DP

TMP3

MBP1

RMS

beam

TMP4

TMP2

TMP5

MBP2

TMP1

520 l/s

350 l/s

520 l/s

330 l/s

1500 l/s

  • Blow-In Gas Target (BIGT)

    • windowless & high confinement capability

24

Torr

beam

SSD: beam monitor

Differential pumping system (side view)

4.5cm

  • center pressure: 24 Torr - post stripper is not necessary

  • effective length: 4.45 ± 0.05 cm (measured by p+a elastic scattering)

  • → target thickness is sufficient for our experiment

  • (limited by energy loss of 12C beam)


Trajectory Analysis

12C backgrounds were rejected by slit control based on trajectory analysis

slits

12C3+ 6.0MeV

16O3+4.5MeV (Ecm=1.5MeV)

ED

D1

D2

v dispersion

final focal plane

(detector)

target

12C2+ 3.0MeV


Background from LTC

極板を下げる


Ecm=2.4MeV Experiment

beam: 12C2+, frequency: 6.063MHz

energy: 9.6MeV , intensity: ~35pnA

target: 4He gas ~ 23.9 Torr x 3.98 cm

observable: 16O5+ 7.2 ± 0.3 MeV

abundance = 36.9 ± 2.1 % = efficiency

29hours data

941 counts

16O


f1=6.1MHz

V1=±24.7kV

f2=3×f1

V2=V1/9

V3=23.7kV

RF-Deflector (Long Time Chopper)

pass only reaction products (16O) which are spread in time.

reject BG

+

pass reaction

products

Flat-bottom voltage

BG(12C)

16O5+

500events


f40

240mm

12C beam

Resonator

capacitor

  • TOF information is needed for background rejection

  • pulsed beam: buncher, chopper

RF in

C2

Buncher

width: 5.43ns

efficiency:33.7 %

accel

accel

L

C1

12C-

decel

decel

to acc. tube

sin wave

frequency: 3.5-6.0MHz

voltage: 2.8kVpp

acceleration tube

Chopper

TOF [ch]

12C foil

12C beam

sin wave

frequency: 3.5-6.0MHz

voltage: 3.0kVpp

slit

Si-SSD


Charge State Fraction of 16O

Our data

W. Liu et al. / Nucl. Instr. and Meth. A 496 (2003) 198–214


Normal operation of tandem accelerator.

Accel-decel operation of tandem accelerator.

By alternative focus-defocus,

Focusing becomes strong, and

Beam transmission increases.

At low acceleration voltage,

focusing becomes weak, and

beam transmission decreases.


accel-decel

operation

normal

operation

Al shorting bars for accel-decel operation

By the accel-decel operation,

・10 times higher beam transmission is obtained by strong focusing.

・17.5 times more intense beam can be injected, due to higher electric power necessary for accel-decel operation.

By a large aperture (12f) gas stripper, spread in beam energy and angle is decreased, and beam transport to the target is ~3 times increased.

Totally, beam intensity is 300-500 times increased.


  • Login