Ein Forschungsteam des Institute of Modern Physics (IMP) der Chinese Academy of Sciences (CAS) hat zusammen mit seinen Mitarbeitern von der Sichuan University und dem Chinese Institute of Atomic Energy kürzlich ein hocheffizientes Neutronendetektorarray mit geringem Hintergrund entwickelt. was für die präzise Querschnittsmessung der 13C(α,n)16O-Reaktion bei Sternenergien im China JinPing Underground Laboratory (CJPL) unerlässlich ist.
Die Studie wurde veröffentlicht in Nuklearwissenschaft und -techniken.
Langsamer Neutroneneinfangprozess (s-Prozess) und Zwischenprozess (i-Prozess) sind wichtige Prozesse für die Bildung und Entwicklung der Elemente. Fast die Hälfte der Elemente, die schwerer als Eisen sind, werden im s-Prozess synthetisiert.
13C(α,n)16O ist die dominante Neutronenquelle der s- und i-Prozesse. Der Wirkungsquerschnitt dieser Reaktion ist bei Sternenergien (~10-14 Barn) extrem gering, was zu großen Messfehlern führt und es schwierig macht, die theoretische Extrapolation einzuschränken.
Um den Wirkungsquerschnitt der 13C(α,n)16O-Reaktion genau zu messen, entwarfen die Forscher ein Detektorarray mit 24 3He-Proportionalzählern. Die Zähler wurden in einen Polyethylenwürfel eingebettet, der mit einer 7% borierten Polyethylenschicht abgeschirmt war.
Anschließend führten sie die Untergrund- bzw. Bodenmessungen des Hintergrunds des Detektorarrays durch. Der am CJPL gemessene Neutronenhintergrund war mit nur 4,5 Impulsen/h 265-mal niedriger als das Ergebnis der Bodenmessung.
Die Forscher bestimmten auch die Detektionseffizienz des Arrays für Neutronen im Bereich von 0,1 MeV bis 4,5 MeV, was mit dem 3-MV-Tandembeschleuniger der Sichuan University und Monte-Carlo-Simulationen durchgeführt wurde.
Basierend auf dieser Forschung könnten in naher Zukunft weitere Studien, einschließlich direkter Querschnittsmessungen der wichtigsten Neutronenquellenreaktionen in Sternen, durchgeführt werden, die den Wissenschaftlern helfen, die Bildung und Entwicklung der Elemente im Universum zu untersuchen.
Yu-Tian Li et al, Entwicklung eines Neutronendetektorarrays mit niedrigem Hintergrund, Nuklearwissenschaft und -techniken (2022). DOI: 10.1007/s41365-022-01030-0