X射线暴关键核反应14O(α,p)17F的研究

X-ray burst is probably an important source for the production of proton-rich nuclei, and the 14O(α,p)17F reaction is thought to be one of the crucial breakout reactions from the hot CNO cycles into the rp-process in X-ray bursts. By far, its reaction rate is still uncertain. Therefore, the studies of this key reaction are of great nuclear astrophysical implication to understand the energy generation and nucleosynthesis in the explosive stellar environments.In this experiment, we propose to study the resonant properties in 18Ne (especially for those states above α threshold) by using the resonant elastic (and inelastic) scattering of 17F+p, and simultaneously to measure the cross section of the time reversal reaction of 17F(p, α)14O. By using the thick-target method, the 1- key state around 6 MeV in 18Ne will be searched and studied on a firm experimental ground. The study will be carried out using the CNS (Center for Nuclear Study) low-energy in-flight radioactive beam facility (CRIB) in the University of Tokyo.In 7th Feburary 2012,this project was approved by Program Advisory Committee(PAC) in RIKEN with 8 days machine time.

X射线暴很可能是丰质子核素产生的重要来源，其中14O(α,p)17F反应被认为是在X射线暴过程中突破热CNO循环进入到快质子俘获过程(rp-process)的关键反应之一。到目前为止，确定该反应的反应率仍有很多的不确定性。因此，对这个关键核反应的研究，对于理解爆发性天体环境中的能量产生和核合成具有重要的核天体物理意义。在这一实验中，我们计划通过17F+p共振弹性和非弹性散射实验来研究18Ne的共振态性质（特别是α阈以上的共振态）。同时，我们还可以测量逆反应17F(p,α)14O的反应截面。通过厚靶方法，我们可以在一个可靠的实验基础上去寻找和研究6 MeV附近能区的关键1-态。这一实验将在东京大学原子核科学研究中心(CNS)的低能放射性束流装置CRIB上完成。本项目已于2012年2 月7日被日本理化学研究所束流评审委员会批准，束流时间8天。

14O(α,p)17F反应是在X射线暴天体环境下，从高温CNO循环突破到rp过程的关键反应之一。目前，该反应的反应率仍有很大的不确定性。我们通过17F+p共振弹性散射，对14O(α,p)17F反应的复合核18Ne的共振态性质进行了研究。利用东京大学原子核科学研究中心的CRIB放射性束流分离器对17F束流进行了分离和提纯。3.6 MeV/nucleon 的17F束流轰击纯的，厚的氢气靶，通过三套分别摆放在θlab ≈3°, 10°和18°的∆E-E Si阵列对反冲出来的轻粒子进行探测。我们在最终的激发函数谱上观测到了在Ex = 6.15, 6.28, 6.35, 6.85, and 7.05 MeV上的五个共振态。通过 R-matrix理论工具对这些共振能级的自旋宇称进行了指认。其中以可靠的实验数据和R-matrix分析指认了 6.15-MeV关键能级为1-态。该能级在温度低于2GK的天体环境下，对14O(α,p)17F的反应率贡献一直处于主导地位。并且在Ex = 6.85 ± 0.11 MeV 发现了一个可能的新的激发态。我们对这个态初步指认了该态的自旋为0。这一能级可能对应于镜像核18O的6.880 MeV (0−)，或者是(6p-4h)带的带头(0+)。基于共振态的性质，我们重新计算了14O(α,p)17F 的热核反应率。并利用X射线暴理论模型计算了能量产生率。和之前的理论预言相矛盾，我们发现对于之前人们的不同的反应率计算结果（有时相差两个两级），能量产生率只有很小的差别。