I. Phản ứng hạt nhân và thiên văn học
Phản ứng hạt nhân đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu các hiện tượng thiên văn. Các phản ứng hạt nhân xảy ra trong các ngôi sao và siêu tân tinh là nền tảng cho quá trình tổng hợp hạt nhân, tạo ra các nguyên tố nặng hơn hydro và heli. Thiên văn học kết hợp với vật lý hạt nhân tạo thành lĩnh vực vật lý thiên văn, giúp giải thích nguồn gốc và sự tiến hóa của vũ trụ. Luận văn này tập trung vào việc nghiên cứu phản ứng hạt nhân quan trọng trong các môi trường thiên văn, đặc biệt là phản ứng 22Mg(α,p)25Al, có ý nghĩa lớn trong quá trình tổng hợp hạt nhân trong siêu tân tinh và các vụ nổ tia X.
1.1. Tổng hợp hạt nhân trong các ngôi sao
Quá trình tổng hợp hạt nhân trong các ngôi sao là cơ chế chính tạo ra các nguyên tố nặng. Các phản ứng hạt nhân như chuỗi proton-proton (pp-chain) và chu trình CNO là nền tảng cho sự tiến hóa của các ngôi sao. Nucleosynthesis liên quan đến các phản ứng hạt nhân từ hydro đến sắt và các nguyên tố nặng hơn. Phản ứng 22Mg(α,p)25Al là một trong những phản ứng nhạy cảm trong quá trình này, ảnh hưởng đến sự tiến hóa của các ngôi sao và sự phân bố các nguyên tố trong thiên hà.
1.2. Phản ứng hạt nhân trong siêu tân tinh
Siêu tân tinh loại II là nơi xảy ra các phản ứng hạt nhân mạnh mẽ, tạo ra các nguyên tố nặng hơn sắt. Phản ứng 22Mg(α,p)25Al đóng vai trò quan trọng trong quá trình rp-process, xảy ra trong các vụ nổ tia X và siêu tân tinh. Nghiên cứu này tập trung vào việc đo lường trực tiếp phản ứng này để xác định cấu trúc hạt nhân của 26Si và tính toán tốc độ phản ứng trong các điều kiện nhiệt độ cao của siêu tân tinh.
II. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm
Luận văn sử dụng các phương pháp thực nghiệm hiện đại để nghiên cứu phản ứng hạt nhân. Cơ sở CRIB tại Nhật Bản được sử dụng để tạo chùm ion phóng xạ 22Mg và đo lường phản ứng 22Mg(α,α)22Mg. Các kỹ thuật như thick target in inverse kinematics và active-gas-target detector GEM-MSTPC được áp dụng để đạt độ chính xác cao trong việc đo lường các thông số phản ứng.
2.1. Sản xuất chùm ion phóng xạ
Chùm ion phóng xạ 22Mg được tạo ra bằng cách bắn phá chùm 20Ne vào bia carbon. Quá trình này được thực hiện tại cơ sở CRIB, sử dụng các thiết bị như Wien Filter và PPAC để tách và xác định chùm ion. Kết quả cho thấy chùm 22Mg có độ tinh khiết cao, phù hợp cho các thí nghiệm đo lường phản ứng hạt nhân.
2.2. Thiết kế và thiết lập thí nghiệm
Thí nghiệm được thiết kế với các detector silicon và hệ thống GEM-MSTPC để đo lường năng lượng và góc tán xạ của các hạt sau phản ứng. Các detector được hiệu chuẩn chính xác bằng nguồn alpha và chùm ion phóng xạ. Hệ thống điện tử được thiết lập để thu thập dữ liệu với độ phân giải cao, đảm bảo độ chính xác trong việc phân tích kết quả.
III. Phân tích dữ liệu và kết quả
Dữ liệu từ thí nghiệm được phân tích để xác định các thông số phản ứng và cấu trúc hạt nhân của 26Si. Phương pháp R-matrix được sử dụng để phân tích các trạng thái cộng hưởng và tính toán tốc độ phản ứng 22Mg(α,p)25Al. Kết quả cho thấy các trạng thái cộng hưởng trên ngưỡng alpha của 26Si có ý nghĩa quan trọng trong việc xác định tốc độ phản ứng trong các điều kiện nhiệt độ cao của siêu tân tinh.
3.1. Xác định các trạng thái cộng hưởng
Các trạng thái cộng hưởng của 26Si được xác định thông qua việc đo lường tiết diện tán xạ alpha. Kết quả cho thấy các trạng thái cộng hưởng có spin và parity khác nhau, ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng 22Mg(α,p)25Al. Phương pháp R-matrix được sử dụng để phân tích các trạng thái này và so sánh với các nghiên cứu trước đây.
3.2. Tính toán tốc độ phản ứng
Tốc độ phản ứng 22Mg(α,p)25Al được tính toán dựa trên các trạng thái cộng hưởng xác định được từ thí nghiệm. Kết quả cho thấy tốc độ phản ứng tăng đáng kể trong các điều kiện nhiệt độ cao, phù hợp với môi trường của siêu tân tinh và các vụ nổ tia X. Kết quả này cung cấp thông tin quan trọng cho các mô hình tiến hóa sao và sự phân bố các nguyên tố trong thiên hà.
