Ученые исследовали "углеродный поцелуй" - процесс слияния ядер углерода

Группа исследователей, представляющих Институт современной физики и Сычуаньский университет, осуществила непосредственное измерение реакции ядерного синтеза углерода-12 (12C+12C) при энергии 2,22 МэВ в системе центра масс. В эксперименте использовались ускоритель LEAF, высокоинтенсивный пучок ионов 12C2+ и мишень из пиролитического графита высокой ориентации (HOPG), отличающегося крайне низким фоном. Уникальная система детектирования, состоящая из камеры проекции времени (TPC) и кремниевых детекторов, позволила зарегистрировать даже самые редкие случаи слияния. Выход реакции 12C (12C,α₀)20Ne (с образованием альфа-частиц и неона в основном состоянии) оценивался в 10-17 на каждый ион углерода.
Однако возникла сложность: мишень теряла свои свойства под воздействием пучка. После облучения зарядом в 5 кулонов наблюдалось снижение выхода альфа-частиц на 51%, а протонов на 25%. Этот факт был учтен при проведении расчетов. Тем не менее, данный эксперимент стал наиболее точным прямым измерением в Гамовском окне энергетическом диапазоне, в котором происходит углеродное горение в звездах.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nuclear Science and Techniques.
Значимость исследования
Синтез углерода является ключевым этапом в эволюции массивных звезд. Он инициируется при температурах, достигающих сотен миллионов градусов, и определяет дальнейшую судьбу звезды: взрыв в виде сверхновой типа Ia или коллапс с образованием нейтронной звезды.
Воссоздание подобных условий в лабораторных условиях практически невозможно энергии слишком малы, а сечения реакций крайне незначительны (порядка пикобарн).
Методы детектирования частиц
TPC (камера проекции времени) регистрировала траектории частиц.
Кремниевые детекторы идентифицировали их тип, используя метод потери энергии (ΔE–E). Это позволило отделить альфа-частицы и протоны от фоновых событий.
Эксперимент показал, что даже самые качественные мишени не выдерживают длительного облучения. Это указывает на необходимость разработки новых материалов или методов. Полученные данные помогут уточнить существующие звездные модели, так как ранее в данном энергетическом диапазоне были доступны только косвенные оценки.
Данное исследование имеет большое значение для астрофизики и ядерной физики. Во-первых, оно предоставляет прямые данные о реакции, определяющей эволюцию звезд. Во-вторых, демонстрирует влияние радиационных повреждений на результаты измерений, что критически важно для будущих экспериментов. В-третьих, методика может быть адаптирована для изучения других реакций, таких как кислородное горение.
Основным недостатком является значительная деградация мишени. Падение выхода на 51% указывает на то, что данные, полученные после 5 кулонов, могут быть не совсем надежными. Рассмотрение возможности использования вращающейся мишени или системы охлаждения могло бы быть полезным. Кроме того, неясно, какое влияние оказало изменение состава поверхности (например, потеря водорода) на сечение реакции, сообщает innovanews.