Study of the ^(14)N(α,α)^(14)N, ^(14)N(α,ρ)^(17)O and ^(14)N(α,δ)^(16)O reactions using ^(14)N beam in the inverse kinematicsfor astrophysics experiments

Abstract

천체핵물리에서 가벼운 원소로부터 무거운 원소가 만들어지는 핵합성을 이해하는데에 ^(14)N(a,g)^(18)F과 ^(14)N(a,p)^(17)O의 반응률을 아는 것은 중요하다. 이들 반응률은 ^(18)F의 들뜬 상태를 연구를 함으로써 측정이 가능하다. ^(18)F의 ^(14)N+a 경계값 이상의(Q=4.416MeV) 몇몇 들뜬 상태에 대한 특징은 아직 잘 알려지지 않았다. ^(14)N+a 실험에 의한 반응 단면적을 측정하는 것으로 ^(18)F 들뜬 상태에 대한 연구를 할 수 있다. 그리고 ^(14)N(a,g)^(18)F과 ^(14)N(a,p)^(17)O반응은 천체물리학적으로 중요한 ^(14)O(a,r)^(18)Ne과 ^(14)O(a,p)^(17)F 반응과 비교를 하는데 이용될 수 있다. ^(14)O(a,g)^(18)Ne and ^(14)O(a,p)^(17)F반응은 hot CNO 순환과정과 rp 과정을 연결하는 다리 역할을 하는 결정적인 반응이다. ^(14)N+a의 반응 단면적을 측정하는 실험이 동경대 부속 연구소 CRIB에서 수행되었다. 질량중심계의 3.8 MeV에서 6.1 MeV 에너지 범위의 반응단면적을 측정하였다.이 에너지 범위는 ^(18)F 들뜬 상태의 8.2 MeV에서 10.5 MeV 범위로 대응이 된다. 넓은 범위의 에너지에 대한 반응 단면적을 측정하기 위하여 두꺼운 표적 방법을 사용하였다. 첫번째 빔 에너지는 8.35 MeV/u이고, 헬륨 기체 표적 앞에서는 33.9 MeV 였다. F2 초점평면에서 ^(14)N^(7+), ^(14)N^(6+)그리고 ^(14)N^(5+) 빔을 볼 수 있었다. F3 초점평면에서 ^(14)N^(7+)빔의 순도는 67 % 였고, ^(14)N^(6+)빔의 순도는 26 %였다. 두 개의 PPACs과 세 개의 실리콘 검출기 텔레스코프, 15 cm 길이의 긴 헬륨 기체 표적(435 torr, 293 K)이 이 실험에 이용되었다. ^(14)N(a,a),^(14)N(a,p)그리고 ^(14)N(a,d)반응의 단면적을 측정하였고, 각 반응에서의 ^(18)F 의 들뜬 상태를 계산하였다. ^(14)N(a,a), ^(14)N(a,p)의 반응 단면적은 이전의 결과와 비교하였으며, 이번 실험의 결과가 정확하다는 것을 확인하였다. 처음으로 ^(14)N(a,d)의 반응 단면적을 3.8 MeV < E_(cm)< 6.1 MeV 범위에서 측정하였고, 새로운 ^(18)F 의 들뜬 상태가 제시되었다. 그러나 새로운 상태를 결정하기에는 통계학적으로 더 많은 수의 실험 자료가 필요할 것이다.;The reaction rates of ^(14)N(a,g)^(18)F and ^(14)N(a,p)^(17)O are important to understanding nucleosynthesis toward heavier atoms. These reaction rates can be measured with studying the excited states in ^(18)F. The properties of some excited states in ^(18)F above the ^(14)N+a threshold (Q=4.416 MeV) are not well known. The excited state ^(18)F can be studied with measuring the cross section of the ^(14)N+a experiment. And ^(14)N(a,g)^(18)F and ^(14)N(a,p)^(17)O reactions can be used for comparing with astrophysically important ^(14)O(a,g)^(18)Ne and ^(14)O(a,p)^(17)F reactions. The ^(14)O(a,g)^(18)Ne and ^(14)O(a,p)^(17)F are critical reactions because these reactions are bridge between the hot CNO cycle and rp process. We performed a study of the cross section of ^(14)N+a experiment at CRIB facility, University of Tokyo. We measured the energy range from 3.8 MeV to 6.1 MeV in center of mass frame. This range is correspond to excitation energy of ^(18)F from 8.2 MeV to 10.5 MeV. We used thick target method to cover broader energy range of cross section. We used the ^(14)N particle as a beam, and helium gas as a target, this ^(14)N+a reaction performed in inverse kinematics. The primary beam energy of ^(14)N was 8.35 MeV/u and its energy at the helium target position was 33.9 MeV. We could see ^(14)N^(7+), ^(14)N^(6+) and ^(14)N^(5+) of beam at F2 focal plane. The purity of the ^(14)N^(7+) beam was 67% and ^(14)N^(6+) beam was 26 % at the F3 focal plane. Two PPACs, three silicon detector telescopes and 15 cm long helium gas target(435 torr, 293 K) were used for this measurement. We measured the cross section of ^(14)N(a,a), ^(14)N(a,p) and ^(14)N(a,d) reactions, and calculate the excited state of ^(18)F from each reactions. The cross section of ^(14)N(a,a) and ^(14)N(a,p) were compared with previous results, and It was confirmed that we had a correct measurement. The cross section of ^(14)N(a,d) was measured for the first time about the energy range 3.8 MeV < E_(cm) < 6.1 MeV, and new excited state of ^(18)F could be proposed. However it need larger number of data to statistically determine the new state.