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低能 d+D 反应天体物理 S 因子测量

低能 d+D 反应天体物理 S 因子测量. 周 静 中国原子能科学研究院. 主要内容. 工作意义 实验介绍 结果分析. n. n. p. p. 23.8 MeV. . 2 H(d,  ) 4 He. p. p. p. p. p. p. n. n. 3.3 MeV. n. n. n. 2 H(d, n ) 3 He. n. 2 H(d, p ) 3 H. 2 H+d 反应过程. 2.5MeV. 工作意义. 2 H （ d,  ） 4 He 是核天体物理中氘燃烧及决定 4 He 丰度的重要过程

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低能 d+D 反应天体物理 S 因子测量

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Presentation Transcript

  1. 低能 d+D 反应天体物理S因子测量 周 静 中国原子能科学研究院

  2. 主要内容 • 工作意义 • 实验介绍 • 结果分析

  3. n n p p 23.8 MeV  2H(d,)4He p p p p p p n n 3.3 MeV n n n 2H(d,n)3He n 2H(d,p)3H 2H+d 反应过程 2.5MeV

  4. 工作意义 • 2H（d,）4He是核天体物理中氘燃烧及决定4He丰度的重要过程 • 对于原初的核合成过程计算是重要的物理量 • 氘－氘等离子体的诊断 • 测量氢弹爆炸中氘－氘反应率

  5. 国际情况 • 1963年，Pennsylvania大学的Zurmhle和Stephens使用该校串列加速器提供的能量为1.35MeV的氘束轰击重冰靶，首次观测到d+2H4He+反应生成的射线。 • 1985年，Wilkinson 和Cecil ，Ecm=25keV ，/p=(1.2±0.3)×10-7

  6. 国际情况 • 近几年，德国Ruhr大学的Raida 等观测到用注入到金属中的氘靶进行的2H(d,p)t反应存在电子屏蔽效应，使截面明显增大的现象。关于2H(d,)4He反应中电子屏蔽效应研究将是很有兴趣的课题。

  7. 国内现状 2006年，中国原子能科学研究院，侯龙研究员，用300keV氘束轰击薄的和厚的D-Ti靶，测量了2H (d, ) 4He 反应的截面，分别为 2.47±0.61nb和4.36±1.09nb。

  8. 要解决的关键问题 强束流，屏蔽 截面很小，本底很高，在实验布局上，应采用探测效率高的探测器，尽量减小探测器与靶的距离，及采取必要的屏蔽措施

  9. 本底问题 本底来源： • 到达地面的宇宙射线：  子占75%, 1/cm2/min. (反符合屏蔽:96%） • 核反应:d (D,n)3He 中子（碳酸锂石蜡） • 干扰问题： 做0.85Ω地线

  10. 实验介绍 • 氘束能量为20keV，流强为～5mA ，由新建成的低能强流加速装置提供 • γ射线探测用带反康屏蔽的大体积NaI闪烁体谱仪（用MCNP模拟NaI的探测效率为1.3×10-2） • 质子探测用半导体探测器

  11. 低能强流离子束装置布局 40 23 60 60 离子源 螺旋管透镜 15 分析磁铁 加减速段及靶

  12. 实验介绍（续） • 能量刻度采用三个源： 137Cs(0.662MeV)、60Co(1.17MeV，1.33MeV)及Pu-C(6.13MeV)源 • 数据获取采用两台多道脉冲幅度分析器 • 探测效率用蒙特卡罗方法模拟计算

  13. 低能强流加速装置

  14. 低能强流加速指标 • 可获得低能强流的纯2H离子束 • 能量范围100keV-10keV，靶上最大流强 10mA • 靶上束斑直径小于20mm • 设备稳定可靠，能连续运行

  15. 实验布局

  16. 实验测量电子学部分

  17. 物 理 测 量

  18. 实验测量 • 新的地线，电阻小于1欧姆，明显降低了50周交流噪声的影响及其它干扰 • 调试γ谱仪，宇宙射线本底在24MeV附近压低96％ • 进行了126小时的2H(d,)4He反应实验测量及1024小时本底测量

  19. 数据分析 宇宙射线本底压低96%

  20. 数据分析

  21. 实验结果

  22. 实验结果 • 126小时测得208个光子 • /p=(1.06±0.42)10-7 • S=(6.0±2.4) 10-6keVb

  23. 谢谢各位老师！

  24. S(E)=(E)Eexp(2) ，2 =31.40E-1/2 /p=(1.06±0.17stat0.45syst)10-7 利用已知 2H (d,p) 3H反应截面 ＝(2.9±0.5stat1.2syst)×10-11b Ecm ＝10－7keV的贡献（93％） 理论计算值: 3.0011×10-11b 用MCNP模拟NaI的探测效率为1.3×10-2 ， 为mb量级, 二者较接近. 在Ecm<30keV时为10-7 mb量级

  25. MCNP模拟NaI对23.8MeVγ射线的探测效率

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