Kutatási tevékenységeink a nukleáris asztrofizika területén


    Az Atommagkutató Intézet Nukleáris Asztrofozikai Csoportjának feladata új tudományos eredmények megszerzése és terjesztése a nukleáris asztrofizika területén. Elsődleges célunk olyan reakciókhoz kapcsolódó alapvető kísérleti kutatás végrehajtása, amelyek fontosak a nukleonszintézis különböző folyamataiban. Emellett felkívánjuk tárni az elemek keletkezésében fontos atommagok szerkezetét. Kutatásainkat szoros együttműködésben végezzük Németországban, Olaszországban, Japánban és az USA-ban található intézetekkel. A kutatási tevékenységeinket támogatja az Országos Tudományos Kutatási Alapprogramok (OTKA) a magyar tudomány nemzeti intézménye, az Európai Bizottság és különféle kölcsönös megállapodások.


Asztrofizikai p-folyamat

    Az ATOMKI nukleáris asztrofizikai csoportjának egyik legfontosabb kutatási témája az asztrofizikai p-folyamat kísérleti vizsgálata. Ez irányú kutatásainkat a European Research Council is támogatja.

    A Z>34 rendszámú stabil protongazdag izotópok az úgy nevezett p-magok, a létrejöttükért felelős mechanizmus pedig az asztrofizikai p-folyamat. Az a folyamat jelenlegi ismereteink szerint leginkább szupernóva robbanások O/Ne rétegeiben megy végbe főként gamma-indukált /(γ,n), (γ,α) és (γ,p)/ reakciók révén. A folyamat modellezéséhez óriási, több ezer reakciót tartalmazó reakcióhálózat figyelembe vétele szükséges amihez a szükséges reakciósebességeket Hauser-Feshbach típusú statisztikusmodell-számításokból nyerik. Töltöttrészcske-indukált reakciók esetén nagyon kevés kísérleti adat áll rendelkezésre a p-folyamatra jellemző energiákon amivel a modellszámítások ellenőrizhetők lennének. A p-folyamat modellek pontosabbá tétele érdekében ezért (α,γ) és (p,γ) reakciók hatáskeresztmetszeteit mérjük és hasonlítjuk össze a statisztikus modellek jóslataival. A kísérleteket legtöbb esetben aktivációs módszerrel végezzük az ATOMKI Van de Graaff és ciklotron gyorsítóival.

A következő izotópokat tanulmányoztuk:

  • Proton-indukált reakciók: 70,76Ge, 74,76,82Se, 84,85,87Sr, 85Rb, 106,110Cd
  • Alfa-indukált reakciók: 70Ge, 106Cd, 113In, 144Sn, 151Eu


Az alfa-mag optikai potenciál vizsgálata asztrofizikai energiákon

    Az alfa-mag optikai potenciál az egyik legfontosabb bemenő paraméter a (γ,α) reaciók hatáskeresztmetszetének számításához a statisztikus modellben. Az optikai potenciál nem kellő pontosságú ismerete nagy bizonytalanságot eredményez a p-folyamat modellekben használt reakciósebességek esetén. Az optikai potenciál kísérleti meghatározása érdekében nagy potosságú rugalmas alfa-szórási kísérleteket végzünk a nehéz magok tartományában alacsony energián. A kapott eredményekből lokális potenciálokat származtatunk, valamint összehasonlítjuk őket globális potenciálok jóslataival.

Eddig a következő izotópokat tanulmányoztuk: 144Sm, 82Mo, 112,124Sn, 89Y, 106,110,116Cd.


Földalatti gyorsítóval végzett kísérletek a LUNA együttműködés keretében

    A LUNA (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics) együttműködés által az olaszországi Laboratori Nazionali del GranSasso (LNGS) intézetben üzemeltetett földalatti gyorsító - az igen alacsony háttérsugárzásnak köszönhetően - egyedülálló lehetőséget teremt extrém alacsony hatáskeresztmetszetek mérésére. Lehetőség nyílik ily módon asztrofizikailag fontos reakciók tanulmányozására igen alacsony energián.

    Az ATOMKI nukleáris asztrofizika csoportjának több tagja is részt vesz a LUNA együttműködés munkájába. Az utóbbi években a következő reackiók hatáskeresztmetszetét mértük: d(p,γ)3He, 14N(p,γ)15O, 3He(4He,γ)7Be, 15N(p,γ)16O, 25Mg(p,γ)26Al, valamint több reakció vizsgálata folyamatban van. Bővebb információ található a LUNA együttműködés honlapján.


Egzotikus atommagok tanulmányozása

    Az egzotikus - stabilitási sávtól távoli - atommagok tanulmányozására, melyek fontos szerepet játszanak különböző asztofizikai folyamatokban, a radioaktív ionnyalábok alkalmazása biztosít lehetőséget. Csoportunk tagjai a RIKEN és a CNS intézetekkel együttműködésben részt vesznek ilyen irányú kutatásokban.


Felezésiidő mérések

    Különböző radioaktív magok felezési idejének pontos ismerete a nukleáris asztrofizika számos területén fontos szerepet játszik. Az aktivációs technikával végzett hatáskeresztmetszet-mérések esetén a végmag bomlásának felezési ideje közvetlenül befolyásolja a számított hatáskeresztmetszet-értékeket. Azokban az esetekben, amikor a vizsgált meg felezési ideje nem volt jól ismert az irodalomban, nagy pontosságú méréseket végeztünk. A következő magok felezési idejét mértük: 148Gd, 110Sn, 109In, 154Tbm, 133Cem.

    Egy nemrég napvilágot látott elmélet szerint radioaktív magok bomlásának felezési ideje függhet az anyagi közegtől és a hőmérséklettől. Ennek az elméletnek az ellenőrzésére a 7Be és a 74As magok bomlását vizsgáltuk különböző közegekben. A 74As magot extrém alacsony hőmérsékleten is tanulmányoztuk. Méréseinkben nem találtunk bizonyítékot a felezési idők változására.


A 7Be izotóp alkalmazásai

    Az ATOMKI ciklotron gyorsítójával rutinszerűen termelünk 7Be izotópot különböző célokra. Az asztrofizikailag fontos reakció 7Be(p,γ)8B vizsgálatát az itt termelt izotóp segítségével végeztük nemzetközi együttműködés kereteiben. A 7Be izotóp felezési idejét mértük különböző anyagi közegekben. Továbbá a 7Be izotóp segítségével kopásvizsgálatokat is végeztünk.