Magszintézis neutronbefogással Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös Magyar Fizikus Vándorgyűlés Debrecen, 2013. augusztus 21-24.
Tartalom 1. A magok táblája 2. Elemgyakoriság 3. Neutrontermelés 4. Az s-folyamat 5. s-folyamat, r-folyamat 6. Az s-folyamat vége 7. A modell 8. A valóságos folyamat 9. A modell korlátozása 10. Különböző futások 11. Az r/s arány 12. Izotópeloszlások 13. MACS 14. Összegzés Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 2 Magszintézis neutronbefogással
1. A magok táblája [Chart of Nuclides (NuDat2) National Nuclear Data Center www.nndc.bnl.gov/nudat2, Brookhaven National Laboratory] Mely magok, hol, milyen körülmények között keletkeznek? Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 3 Magszintézis neutronbefogással
2. Elemgyakoriság [Lodders Solar system abundances of the elements. in A. Goswami, B. E. Reddy (Editors), An Introduction in Principles and Perspectives in Cosmochemistry, Springer 2010] H 74%, He 24%, a többi 2% összesen Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 4 Magszintézis neutronbefogással
3 Neutrontermelés A két fő neutrontermelő folyamat: és Az első folyamat nagy tömegű, héliumégető csillagoknál, illetve AGB csillagok TPállapotánál van jelen, míg a második folyamat AGB csillagoknál a TP-t követő felkeveredés, a TDU után áll rendelkezésre. Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 5 Magszintézis neutronbefogással
4.1 Az s-folyamat Neutronbefogás Neutronbefogás + Bétabomlás Gamow 1948, B 2 FH = Burbidge, Burbidge, Fowler és Hoyle 1957 Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 6 Magszintézis neutronbefogással
4.2 Az s-folyamat egyenlete ahol Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 7 Magszintézis neutronbefogással
5.1 Versengés, élettartam A T felezési idejű nem stabil mag átlagos élettartama: Két neutronbefogás között eltelt idő: Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 8 Magszintézis neutronbefogással
5.2 s-folyamat r-folyamat jellemző adatok fejlődés a béta stabilitás völgyében fejlődés messze a völgytől Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 9 Magszintézis neutronbefogással
5.3 s-folyamat r-folyamat Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 10 Magszintézis neutronbefogással
5.4 Klasszikus megközelítés: s-mag, r-mag Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 11 Magszintézis neutronbefogással
5.5 r-magok és s-magok Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 12 Magszintézis neutronbefogással
6. Az s-folyamat vége? Klasszikusan itt! Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 13 Magszintézis neutronbefogással
7.1 A modell Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 14 Magszintézis neutronbefogással
7.2 A szereplő/számításba vett folyamatok EC: elektronbefogás, vagy pozitív bétabomlás α: alfabomlás β-: negatív bétabomlás p: protonkibocsátás 2β-: kettős bétabomlás (negatív) 2EC: kettős bétabomlás (pozitív) β-n: bétabomlás és utána neutron-kibocsátás SF: spontán hasadás valamint ezek együtt elágazásokkal, összesen 19 folyamat. Léteznek hármas elágazások, arányuk nem jelentős. Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 15 Magszintézis neutronbefogással
7.3 Az új (teljes) egyenlet És a többi említett folyamat. Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 16 Magszintézis neutronbefogással
7.4 Az egyenlet megoldása 1. Neutronbefogás:, illetve (t az időalap, tehát jelentése t) Kiindulás: Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 17 Magszintézis neutronbefogással
7.5 Az egyenlet megoldása 2. Bomlások:, illetve Ha 99 százalékosan számolunk (megmaradás, ill. elbomlás): pl. egy másodperc időalapot alkalmazva: a tartományban kell exponenciálisan számolni. Ha T nagyobb:, illetve. Ha T kisebb, akkor elbomlik mind. Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 18 Magszintézis neutronbefogással
7.6 A neutron Felezési idő: 10,4 min (611±1 s) (Átlagos) élettartam: 15 min (881.5±1.5 s) [K. Nakamura et al. (Particle Data Group), JP G 37, 075021 (2010) and 2011 partial update for the 2012 edition (URL: http://pdg.lbl.gov)] Részt vehet-e a neutron az s-folyamatban? Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 19 Magszintézis neutronbefogással
7.7 Bemenő adatok 2696 mag adatai (178 stabil, és 2518 további mag) (r-folyamatnál: 5353 mag) felezési idő, bomlási módok, elágazási arányok, neutronbefogási hatáskeresztmetszetek MACS http://adg.llnl.gov/research/rrsn/semr/30kev/rath00_7.4.30kev_calc Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 20 Magszintézis neutronbefogással
8.1 A valóságos folyamat: a kezdet Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 21 Magszintézis neutronbefogással
8.2 A valóságos folyamat: a vas-60 A állandó hozamot biztosít a bomlásra (keletkezik ) és a neutronbefogásra (keletkezik ). Gamma eredmények: INTEGRAL, ESA Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 22 Magszintézis neutronbefogással
8.3 A valóságos folyamat a teljes kép AGB csillagok, időfüggő neutronsűrűség Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 23 Magszintézis neutronbefogással
8.4 A folyamatok vége? Az átjutás akkor következik be, ha a sáv eléri a magot (T = 33 s). Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 24 Magszintézis neutronbefogással
9.1 Az időalap szerepe, sávszélesség Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 25 Magszintézis neutronbefogással
9.2 Az időalap szerepe: profil Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 26 Magszintézis neutronbefogással
9.3 Az időalap szerepe: a bevont és kizárt magok lépésidő = ta min. felezési idő max. felezési idő 0,001 s 0,00015 s 0,069 s 0,01 s 0,0015 s 0,69 s 0,1 s 0,015 s 6,9 s 1 s 0,15 s 69 s = 1,15 m 10 s 1,5 s 690 s = 11,5 m 100 s = 1,67 m 15 s 6900 s = 1,92 h 1000 s = 16,67 m 150,5 s = 2,51 m 69000 s = 19,2 h Emlékeztető: a neutron felezési ideje: 10 min átlagos élettartama: 15 min Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 27 Magszintézis neutronbefogással
10.1 A klasszikus s-folyamat a modellben Jó nagy időalap ~1 nap, a gyorsan bomló magok kizárása (T < 3,75 h) Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 28 Magszintézis neutronbefogással
10.2 A klasszikus s-folyamat a modellben Bomlás után. Sok r-mag kialakult még így is! r-mag Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 29 Magszintézis neutronbefogással
10.3 Nagy neutronsűrűségű futás kevés kiinduló maggal ( db) nincsenek s-magok r-folyamat nincsenek s-magok Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 30 Magszintézis neutronbefogással
10.4 Nagy neutronsűrűségű futás Sok kiinduló maggal Az s-magok nagy része két kivétellel megjelent. Ezek a és a. 19 3 n n = 5 10 cm Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 31 Magszintézis neutronbefogással
11. Az r/s arány Jó az arány, a Naprendszerbelihez viszonyítva, ha legalább! Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 32 Magszintézis neutronbefogással
12.1 Izotópeloszlások Modellünk ellenőrzésére, a magszintézis körülményeinek feltárására jó lehetőség az izotópeloszlások összevetése a tapasztalati izotópeloszlásokkal. Erre a sokizotópú magok nagyon alkalmasak: a Ni, Zn, Ge, Se, Kr, Zr, Mo, Ru, Pd, Cd, Sn, Te, Xe, Nd, Sm, Gd, Dy, Yb, Pt, Hg, Pb és U. Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 33 Magszintézis neutronbefogással
12.2 Izotópeloszlások: a tellúr Tellúr\A 120 122 123 124 125 126 128 130 Z=52 \ N= 68 70 71 72 73 74 76 78 Solar 0,09 2,55 0,89 4,74 7,07 18,84 31,74 34,08 IP 0 19,16 5,42 28,02 8,60 34,81 2,99 0,00 Tpn14 0 5,36 1,29 5,90 5,65 28,51 37,10 15,20 r 5n19 0 0,00 0,00 0,00 5,87 0,22 22,34 70,57 Illesztett 0 3,66 0,89 4,11 5,76 18,84 31,66 34,10 (Valójában két paraméter! (ha a = 1) 64,5% AGB Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 34 Magszintézis neutronbefogással
12.3 Izotópeloszlások: a tellúr grafikonon Az AGB csillag az elemkeletkezés legfontosabb színtere Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 35 Magszintézis neutronbefogással
13.1 A rendelkezésre álló hatáskeresztmetszetek 0,01 mb felett Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 36 Magszintézis neutronbefogással
13.2 A maximumok helye paritás szerint Alak: Hely: Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 37 Magszintézis neutronbefogással
13.3 A maximumok helye A maximumok bérce a stabilitás völgye felett halad. Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 38 Magszintézis neutronbefogással
13.4 A maximumok értéke Neutronbefogási hatáskeresztmetszet maximum értékek Z max (N)-nél 100000,00000 10000,00000 1000,00000 σ(z max ) 100,00000 10,00000 ZENE ZENO ZONE ZONO f(n) 1,00000 1 10 100 0,10000 0,01000 N Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 39 Magszintézis neutronbefogással
13.5 Hiányzó hatáskeresztmetszetek becslése 1. Az adott N-re megkerestem a, vagyis a maximális érték helyét külön páros és páratlan neutronszám esetére. 2. Az adott páros és páratlan -hoz beállítottam maximumának a helyét. 3. Kétparaméteres illesztéssel beállítottam a függvény szélességét és magasságát. Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 40 Magszintézis neutronbefogással
13.6 A 30 kev-hez tartozó neutronbefogási hatáskeresztmetszetek Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 41 Magszintézis neutronbefogással
14. Összegzés egy ábrán AGB tellúr: sáv és spontán hasadás Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 42 Magszintézis neutronbefogással
Köszönöm a figyelmet! Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 43 Magszintézis neutronbefogással
15. Mekkora neutronsűrűség szükséges a bizmut kikerüléséhez? A szükséges neutronűrűség a kezdeti vas függvényében: Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 44 Magszintézis neutronbefogással
16. Boulder, Colorado Kiss Miklós, Berze Nagy János Gimnázium Gyöngyös 45 Magszintézis neutronbefogással