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低能 d+D 反应天体物理 S 因子测量 PowerPoint PPT Presentation


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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


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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


D d s

主要内容

  • 工作意义

  • 实验介绍

  • 结果分析


2 h d

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


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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


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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


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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。


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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。


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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


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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


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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


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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


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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


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低能强流加速装置


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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


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实验布局


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实验测量电子学部分


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物 理 测 量


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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


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数据分析

宇宙射线本底压低96%


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数据分析


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实验结果


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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


D d s

谢谢各位老师!


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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


Mcnp nai 23 8mev

MCNP模拟NaI对23.8MeVγ射线的探测效率


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