PARIS - Proton cApture Reactions in type Ia Supernovae
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Frage nach der Entstehung der schweren Elemente ist eines der wichtigsten ungelösten Probleme der Physik des Universums. Während das grobe Bild klar erscheint, ergeben sich bei genauerer Betrachtung dieses komplexen Themas viele faszinierende Fragen. Ein besonders rätselhafter Fall ist die Produktion von etwa 35 protonenreichen, seltenen Isotopen, die nicht mittels Neutroneneinfangreaktionen erzeugt werden können, die sogenannten p-Kerne. Die leichtesten p-Kerne können in einer Folge von Protoneneinfangreaktionen während Supernovae Ia entstehen. Ein genaues auf Experimenten basierendes Wissen um die wichtigsten Reaktionsquerschnitte ist der Schlüssel, um diese Hypothese zu testen. Dann bietet die Nukleosynthese der p-Kerne über die Einschränkung der astrophysikalischen Parameter die Möglichkeit ins Innere von Supernovae Ia zu sehen und dient damit dem besseren Verständnis der Physik dieser kosmologischen Standardkerzen. Im Rahmen dieses Emmy Noether Projektes wurden die experimentellen Techniken entwickelt, um Protoneneinfangreaktionen mit hochintensiven Protonenstrahlen zu untersuchen. Dazu wurde die Erzeugung des häufigsten p-Kerns 92Mo in Supernovae Ia erforscht, indem die Voraussetzungen zur Untersuchung der Reaktionen 90Zr(p,γ) und 91Nb(p,γ) mit einem hocheffizienten 4π BaF2 Kalorimeter am FRANZ-Aufbau der Goethe-Universität Frankfurt gelegt wurden. Die notwendigen Erweiterungen von FRANZ und die Entwicklung von temperatur- und teilchenstrahlbeständigen Proben, im Fall von 91Nb aus instabilen Isotopen, wurden realisiert. Gemäß dem Antrag war das Projekt in verschiedene Teilprojekte untergliedert: a) Work package A: Developments at the FRANZ facility: Die Simulationen und Konstruktion der zusätzlichen Komponenten wurden erfolgreich abgeschlossen. Ein speziell entworfener Dipolmagnet wurde angeschafft und getestet. Hochleistungsbeständige Proben wurden konstruiert und erfolgreich getestet. Damit steht einem Demonstrationsexperiment zur Bestimmung von Protoneneinfangsquerschnitten mit hohen Strahlströmen nichts mehr im Weg. b) Work package B: Determination of reaction cross section of 90Zr(p,γ): Die geplanten Experimente an der University of Notre Dame sowie der Universität zu Köln wurden durchgeführt. Die bisherigen Ergebnisse untermauern die schon vorher bekannte Diskrepanz von 2 verschiedenen Methoden zur Bestimmung dieser Querschnitte in der in-beam Methode. Die endgültige Analyse mit einem Vorschlag zur Erklärung der ist für das Ende des Jahres 2017 geplant. c) Work package C: Determination of reaction cross section of 91Nb(p,γ): Nach gründlichen Planungen wurden hier zunächst vorbereitende Messungen zur Produktion von 91Nb an der PTB durchgeführt. Diese Messungen erwiesen sich im Nachhinein als extrem wertvoll, da die auf theoretischen Abschätzungen basierten Produktionsquerschnitte zum Teil um 1-2 Größenordnungen falsch waren. Mit Hilfe der neuen Daten konnte eine 91Nb Probe hergestellt werden. Somit ist die schwierigste Hürde zur Bestimmung des 91Nb(p,γ) Querschnitts überwunden. Das Experiment ist für das Jahr 2017 an FRANZ geplant.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Low-lying dipole strength of the open-shell nucleus 94Mo. Physical Review C 88, 44331 (2013)
C. Romig, J. Beller, J. Glorius, J. Isaak, J. H. Kelley, E. Kwan, N. Pietralla, V. Y. Ponomarev, A. Sauerwein, D. Savran, M. Scheck, L. Schnorrenberger, K. Sonnabend, A. P. Tonchev, W. Tornow, H. R. Weller, A. Zilges, M. Zweidinger
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Determination of the 142Ce(γ,n) cross section using quasi-monoenergetic Compton backscattered γ-rays. Phys. Rev. C 89, 35803 (2014)
A. Sauerwein, K. Sonnabend, M. Fritzsche, J. Glorius, E. Kwan, N. Pietralla, C. Romig, G. Rusev, D. Savran, L. Schnorrenberger, A. P. Tonchev, W. Tornow, H. R. Weller
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Experimental cross sections of 165Ho(α,n)168Tm and 166Er(α,n)169Yb for optical potential studies relevant for the astrophysical γ process. Phys. Rev. C 89, 65808-65815 (2014)
J. Glorius, K. Sonnabend, J. Görres, D. Robertson, M. Knörzer, A. Kontos, T. Rauscher, R. Reifarth, A. Sauerwein, E. Stech, W. Tan, T. Thomas, M. Wiescher
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Investigation of the reaction 90Zr(p,γ) with in-beam γ-ray spectroscopy. European Physical Journal Web of Conferences 93, 2021 (2015)
P. Erbacher, A. Endres, J. Glorius, L. Netterdon, K. Sonnabend, B. Thomas, A. Zilges
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Nucleosynthesis simulations for the production of the p-nuclei 92Mo and 94Mo in a Supernova type II model. European Physical Journal Web of Conferences 93, 3006 (2015)
K. Göbel, J. Glorius, A. Koloczek, M. Pignatari, R. Reifarth, R. Schach, K. Sonnabend
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The 106Cd(α, α)106Cd elastic scattering in a wide energy range for γ process studies. Nuclear Physics A 940, 194-209 (2015)
A. Ornelas, G. G. Kiss, P. Mohr, D. Galaviz, Z. Fülöp, G. Gyürky, Z. Máté, T. Rauscher, E. Somorjai, K. Sonnabend, A. Zilges
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Measurement of the 92,93,94,100Mo(γ,n) reactions by Coulomb Dissociation. Journal of Physics: Conference Series 665, 12034 (2016)
K Göbel, P Adrich, S Altstadt, H Alvarez-Pol, F Aksouh, T Aumann, M Babilon, K-H Behr, J Benlliure, T Berg, Böhmer, K Boretzky, A Brünle, R Beyer, E Casarejos, M Chartier, D Cortina-Gil, A Chatillon, U Datta, Pramanik, L Deveaux, M Elvers, T W Elze, H Emling, M Erhard, Ershova, B Fernandez- Dominguez, H Geissel, Górska, T Heftrich, M Heil, M Hellstroem, G Ickert, H Johansson, A R Junghans, F Käppeler, O Kiselev, Klimkiewicz, J V Kratz, R Kulessa, N Kurz, M Labiche, C Langer, T Le Bleis, R Lemmon, K Lindenberg, Y A, Litvinov, P Maierbeck, A Movsesyan, S Müller, T Nilsson, C Nociforo, N Paar, R Palit, S Paschalis, R Plag, Prokopowicz, R Reifarth, D M Rossi, L Schnorrenberger, H Simon, K Sonnabend, K Sümmerer, G Surówka, Vretenar, A Wagner, S Walter, W Waluś, F Wamers, H Weick, M Weigand, N Winckler, M Winkler, A Zilges
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Simulations of the High-Energy Beam-Transport (HEBT) section at FRANZ. Nuovo Cimento C Geophysics Space Physics C 38, 0 (2016)
O. Hinrichs, C. Arda, C. Claessens, S. Fiebiger, O. Meusel, D. Noll, M. Reich, R. Reifarth, S. Schmidt, M. Schwarz, K. Sonnabend, B. Thomas
