Die Einfangreaktion 22Ne(alpha,n)25Mg - die Hauptneutronenquelle in massiven Sternen

Abstract

Die Reaktion 22Ne(alpha,n)25Mg ist für die Nukleosynthese der schweren Elemente von großem Interesse, denn sie wird als die Schlüsselneutronenquelle im s-Prozeß der massiven Sterne angesehen. In dieser Arbeit wurde die Reaktion 22Ne(alpha,n)25Mg, sowie die Konkurrenzreaktion 22Ne(alpha,gammm)26Mg in dem astrophysikalisch relevanten Energiebereich E_alpha = 0.57 - 1.47 MeV untersucht. Die Experimente zu den Reaktionen 22Ne(alpha,n)25Mg und 22Ne(alpha,gamma)26Mg wurden alle am 4 MV Dynamitron Beschleuniger des Instituts für Strahlenphysik durchgeführt. Als Target wurde das fensterlose Gastargetsystem Rhinoceros eingesetzt. Ein zentraler Punkt dieser Arbeit war die Entwicklung eines neuen Neutronendetektors. Mit diesem Detektor wird eine sehr hohe absolute Nachweiswahrscheinlichkeit von bis zu 50 % erzielt. Durch den Einsatz einer aktiven Abschirmung wird zusätzlich eine extrem kleine Nullrate von 0.02 Ereignissen/s erreicht. Durch den Einsatz dieses Neutronendetektors wurde bei den (alpha,n)-Messungen eine Meßempfindlichkeit von 1e-11 barn erzielt. Bei der Reaktion 22Ne(alpha,n)25Mg wurden insgesamt 9 Resonanzen untersucht, zwei Resonanzen konnten in dieser Arbeit erstmals vermessen werden. Für alle Resonanzen konnte sowohl die Resonanzstärke als auch die Resonanzbreite neu und genauer bestimmt werden. Im Fall der Reaktion 22Ne(alpha,gamma)26Mg wurde für zwei Resonanzen ebenfalls die Resonanzparameter bestimmt. Mit den neuen Wirkungsquerschnittsdaten wurde die Reaktionsrate neu bestimmt. Die Rate der Reaktion 22Ne(alpha,n)25Mg liegt für stellare TemperaturenT < 3e+08 Kelvin zum Teil deutlich unter den Werten der bisherigen Kompilationen. Aufgrund der größeren Empfindlichkeit des Experiments konnte der Fehlerbereich der Reaktionsrate stark reduziert werden.

For the nucleosynthesis of the heavier elements the reaction 22Ne(alpha,n)25Mg is the key neutron source during the s-process in massive stars. The excitation function of 22Ne(alpha,n)25Mg and the competing reaction 22Ne(alpha,gammm)26Mg has been investigated in the astrophysical relevant energy range E_alpha = 0.57 - 1.47 MeV. The experiments were performed at the 4 MV Dynamitron accelerator at the Instituts für Strahlenphysik. For the measurement of the capture reactions on Neon the windowless and recirculating gas target system Rhinoceros was used. A new neutron detector has been designed and tailored to this specific reaction. With this design, an absolute detection efficiency of 50 and a background rate of 0.02 counts/s could be obtained simultaneously. For the supression of the cosmic-ray-induced background, the neutron detector assembly was surrounded by a plastic scintillator detector which serves as veto counter. With this experimental setup an sensitivity limit of 1e-11 barn could be reached during the (alpha,n)-investigations. For the 22Ne(alpha,n)25Mg reaction 9 resonances could be investigated, two resonances could be observed the first time. For all resonances the resonance strength and width could be determined newly and wtih a higher precission. For the 22Ne(alpha,gamma)26Mg reaction the resonance parameters of two resonances could be determined. With the new cross section data a much better determination of the reaction rate was possible. For stelar temperatures of T < 3e+08 Kelvin the rate lies clearly below the data of the previous compilations. Because of the higher sensitvity limit obtained with this experimental setup, the uncertainty of the reaction rate could be strongly reduced.