李志宏科学网博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/zhli401

博文

奇怪的5比1

已有 775 次阅读 2021-6-24 10:11 |系统分类:科研笔记

       最近一直在做25Mg(p,γ)26Al反应的实验研究,这个反应是伽马射线天文学观测到的最强伽马射线的重要来源。

       上世纪八十年代,随着伽马射线探测器进入太空,人们很快发现银河系中,特别是银盘附近存在大量的1.809 MeV的伽马射线。经过分析发现,这条伽马射线为26Al基态通过β+或轨道电子俘获衰变到26Mg时放射出来的。随着观测结果的深入,科学家们获得了这条伽马射线在银河系中的分布地图。根据这条伽马射线的通量分析,银河系中大约存在3倍太阳质量的26Al。我们知道,26Al的半衰期仅有0.72百万年,和太阳系同时产生的26Al早已在宇宙的长河中衰变殆尽。那么,银河系中如此多的26Al又是如何,在何处生产出来的呢?1983年诺贝尔物理学奖获得者威廉·富勒曾经撰文指出:星际26Al的发现,是银河系中正在进行核合成的证据,为我们提供了核合成的模型计算与天文观测比较的机遇。自从在银河系中发现这一伽马射线以来,对星际26Al起源的研究成为核天体物理学重大疑难和热点问题之一,被列入欧美核科学长期发展规划,也入选了我国“十一五”国家重点图书出版规划项目《10000个科学难题》物理学卷。


image.png

       银河系26Al伽马射线的分布地图

       现有的研究结果表明:25Mg(p,γ)26Al反应是天体环境中产生26Al的主要途径,而该反应的58,92,189和304 keV共振俘获截面决定这不同温度下的25Mg(p,γ)26Al天体物理反应率。在爆发性的环境中,304 keV共振俘获占主要地位。而在温度稍低的平稳核燃烧过程,92 keV具有重要贡献。我们的实验目标是测定所有共振对25Mg(p,γ)26Al天体物理反应率的贡献。为完成这一任务,我们使用刚刚研制成功的锦屏深地核天体物理加速器,利用其5 mA的强流质子束轰击25Mg靶,通过测量反应出射的伽马射线来测定25Mg(p,γ)26Al反应的共振强度。

       对于孤立窄共振的实验测量是比较简单的,利用的公式如下:

image.png

其中,Y为反应产额,也就是记录的伽马射线总量,λ为共振能量对于的德布罗意波长,Bγ为这条伽马射线所占的分支比,ωγ为该能级的共振强度,mMg和mp分别为Mg和质子的质量,εeff为靶对质子束的有效阻止本领。有效阻止本领决定了靶中Mg核的数密度以及杂质组分,必须精确知道才能获得精确的共振强度数据。靶中的杂质越少,实验时获得的产额就越多,阻止本领的不确定性也越小。因此,使用纯度较高的靶材料,可以有效地减少杂质对阻止本领的干扰,从而获得高精度的实验数据。

       为了获得高精度的实验结果,我们花重金购买了同位素为99.99%的25Mg,并在制作过程中采用高真空,制作成的靶用氮气或氩气密封,以减少制作和运输过程中靶的氧化概率。然而,结果并不都是按预期达成的。

对实验数据的分析表明,无论我们做的如何细致,靶成份中总有一些挥之不去的氧。我和一个研究生设计了一个测定靶中氧含量的实验。可以通过测量靶中的微量的氧-18,来获得靶中的镁氧比。实验的结果见下图所示,能量高的峰为18O,6.5 MeV的峰是25Mg的产额。根据这两个峰的比例,我们可以得到靶材料中镁氧的比例为5:1。

image.png

Mg质子俘获反应实验的伽马谱(文章见 DOI:10.1088/1674-1137/ac06aa)


      有了这个镁氧比的数据,我们可以很好地定出25Mg(p,γ)26Al中各能级的共振俘获截面。然而,为什么不同真空度,不同密封条件下制作的靶,都有这个5比1的数字?这里面有什么深层次的机制?我们还没有找到相关答案,或许搞材料的人看到本篇博文后能够给出正确的解释。



http://wap.sciencenet.cn/blog-3480465-1292509.html

上一篇:几首小诗
下一篇:感怀二首

1 孙冰

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2021-11-30 02:20

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部