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Atlante delle reazioni · Cicli CNO

Cattura radiativa · Ciclo CN (CNO-I)

12C(p,γ)13N

: carbonio‑12 + protone → azoto‑13 + raggio gammaCome si legge la notazione

In questa pagina

Il primo passo del ciclo CN. Un nucleo di carbonio-12 cattura un protone, emette un raggio γ e diventa azoto-13 radioattivo, che poi decade in carbonio-13.

Insieme alla cattura protonica successiva, sul carbonio-13, questa reazione fissa il rapporto tra i due isotopi stabili del carbonio nel gas che ha bruciato idrogeno. Gli astronomi misurano questo rapporto nelle atmosfere delle giganti rosse, dove indica quanta materia degli strati in combustione è stata rimescolata fino alla superficie. La stessa reazione produce anche il carbonio-13 che, nelle stelle giganti, libererà poi i neutroni necessari a costruire molti elementi più pesanti del ferro.

Dati essenziali

Quanto è noto
Misurata sotto terra fino a basse energie con un'incertezza sotto il 10%; le misure più vecchie differiscono dalle nuove di circa un quarto nel complesso, e il perché è ancora una questione aperta.
Valutazione interattiva
Mostra i dati · 13N →
Tassi di reazione
Esplora i tassi →
Valore Q · energia liberata
1,943 MeV
Finestra di Gamow
  • 25 ± 6,7 keVcentro del Sole, 15,7 MK (Ciclo CN (CNO-I))
  • 42 ± 13 keVnucleo di una stella di 15 M☉, 35 MK (Ciclo CN (CNO-I))
Prodotto 13N
radioattivo, t½ = 9,96 min
Tipo
Cattura radiativa

Nella cronologia

  1. 1939“Energy production in stars” di Bethe

Come è stata misurata

Questa parte tecnica della pagina (l'elenco delle misure) è in inglese.

5 misure, 1974–2023, una a LUNAMostra l'elenco
  1. 1974

    Misura diretta in superficie · da circa 150 keV a 2,5 MeV (energia del protone)

    Showed that direct E1 capture to the ground state, interfering with the resonances at proton energies of 457 and 1699 keV, is needed to describe the excitation function; ground-state spectroscopic factor C2S = 0.49 ± 0.15. [1]

  2. 2023

    Atomki, DebrecenInstitute for Nuclear Research (Atomki)

    Attivazione · 300–1900 keV (energia del protone)

    Total cross section from the 13N activity, with uncertainties independent of in-beam γ-ray spectroscopy; covers the region of the 1.7 MeV resonance, where earlier data were scarce. [2]

  3. 2023

    Felsenkeller 5 MVLaboratorio sotterraneo Felsenkeller (HZDR e TU Dresden)

    Misura diretta in laboratorio sotterraneo · 320–620 keV

    Shallow-underground measurement across the 422 keV resonance; S-factor about 25% below the literature. The R-matrix fit gives the first excited state of 13N at 2369.6(4) keV with Γγ = 0.49(3) eV and Γp = 34.9(2) keV. [3]

  4. 2023

    Nuclear Science Laboratory, Notre DameUniversity of Notre Dame

    Misura diretta in superficie · 1,0–2,5 MeV (energia del protone)

    Absolute cross section over a wide energy range to fix the overall normalization and the interference between overlapping resonances; the extrapolation to low energy uses a Bayesian uncertainty analysis. [4]

  5. 2023

    LUNA 400 kVLaboratori Nazionali del Gran Sasso (INFN)

    Misura diretta in laboratorio sotterraneo · fino a 60 keV

    Prompt γ-ray detection and activation, with overall systematic uncertainties of 7–8%; the S-factor is about 25% lower than most earlier data. [5]

Misure (EXFOR)

Tutte le serie di dati che EXFOR contiene per questa reazione, disegnate secondo le energie che coprono, a confronto con le energie che una stella usa davvero.

74 serie di dati in 34 voci EXFOR, 1950–2023 · 12 senza un intervallo di energia, non disegnate

Temperatura
Energia più bassa in EXFOR
67,9 keV
Skowronski et al., 2023 · S · O2599.003
Distanza dal picco di Gamow
3,2 larghezze di Gamow sopra
E₀ = 24,7 keV, finestra 18–31,3 keV
Tasso da energie assenti in EXFOR
> 99,99 %
a T₉ = 0,0157, stima liscia · di cui > 99,99 % sotto l'energia più bassa in EXFOR
10 keV100 keV1 MeV10 MeV100 MeVEnergia nel centro di massa (keV)E₀ = 24,7 keVσSσ→Eₓdσ/dΩAyYωγaltropiù bassa in EXFOR 67,9 keV
  • Finestra di Gamow, tratteggiata dove nessuna misura arriva
  • Le barre solo contornate si vedono ma non contano (la regola è in «Come sono calcolati questi numeri»).
  • Un rombo è una serie di dati a una sola energia. Le barre che escono dal bordo destro proseguono a energie più alte.
Le serie di dati della mappa, per grandezza
Le serie di dati della mappa, per grandezza
GrandezzaSerie di datiIntervallo di E_cm (keV)
σsezione d'urto1378,4 keV – 15,1 MeV
Sfattore S625 keV – 979 keV
σ→Eₓparziale21,51 MeV – 1,59 MeV
dσ/dΩdistribuzione angolare23130 keV – 161 MeV
Aypolarizzazione126,1 MeV – 26,1 MeV
Yresa5175 keV – 2,22 MeV
ωγintensità di risonanza12,37 MeV – 2,37 MeV
…altro11148 keV – 2,21 MeV
Come sono calcolati questi numeri

Energia più bassa misurata, in tutto l'esploratore dei dati nucleari: la più bassa energia nel centro di massa a cui una serie di dati di EXFOR misura la reazione stessa (sezione d'urto, fattore S, distribuzione angolare, resa o intensità di una risonanza), punto per punto. Un punto conta se è un valore e non un limite superiore o inferiore, se sta almeno una deviazione standard sopra lo zero e se la sua energia è fisica: almeno 1 keV per le particelle cariche, e non sotto la soglia di una reazione endotermica. Non contano: valori estrapolati, calcolati, valutati o derivati; dati superati, cancellati o preliminari; rapporti; un singolo valore del fattore S, che in EXFOR è il risultato di un fit; e i metodi indiretti (cavallo di Troia, dissociazione coulombiana, ANC, reazioni surrogate), riconosciuti dai codici di metodo e di analisi di EXFOR, dal loro testo e dal titolo. Prima si correggono gli errori di sistema di riferimento e di unità di EXFOR, e i valori che la letteratura indica come limiti superiori si leggono come limiti, da un elenco che riporta le prove per ciascuno. Le serie di dati che arrivano alla stessa energia entro il 0,5% sono citate tutte, dalla più vecchia. Tasso da energie assenti in EXFOR: la frazione dell'integrando del tasso a quella temperatura che cade fuori dagli intervalli di energia coperti dalle serie di dati che contano (dal punto misurato più basso al più alto), con un fattore S costante (σ ∝ S(E₀)/E · e^−2πη, quindi l'integrando è e^(−E/kT − 2πη)); per una cattura neutronica, σ ∝ 1/v. Le risonanze rendono irregolare l'integrando vero: è una stima di base, liscia.

Provala: una valutazione R-matrix

Su questo sito gira un modello AZURE2 di questo sistema. Cambia le energie e le larghezze dei livelli e osserva come cambiano il fit ai dati e l'estrapolazione alle energie stellari.

Dettagli

Quanto è nota, nel dettaglio: I dati diretti arrivano ora a 60 keV con incertezze sistematiche del 7–8%; la questione aperta è la differenza di normalizzazione di circa il 25% rispetto alle serie di dati più vecchie.

A bassa energia la cattura procede per cattura diretta E1 verso lo stato fondamentale del 13N, che interferisce con l'ampia risonanza a E = 422 keV formata dal primo stato eccitato del 13N. Il fattore S alle energie stellari si ottiene da fit R-matrix, quindi il risultato dipende dalla normalizzazione dei dati e dalla larghezza di quella risonanza. Le misure dal 2023 in poi, con spettroscopia γ in linea e per attivazione, danno fattori S circa il 25% più bassi della maggior parte della letteratura precedente. I dati di LUNA arrivano a E = 60 keV, dove la sezione d'urto entra nell'intervallo di energie della combustione dell'idrogeno nei gusci delle stelle giganti.

Energia del picco E0 ± metà della larghezza a 1/e, nel centro di massa, dalle masse AME2020.

Valutazioni

Compilazioni che combinano i dati in un tasso di reazione raccomandato.

  • —Y. Xu et al., Nucl. Phys. A 918, 61 (2013) [6]
  • —B. Acharya et al., Rev. Mod. Phys. 97, 035002 (2025) [7]

Questioni aperte

  • La differenza di normalizzazione del 25% tra le misure dal 2023 in poi e le serie di dati più vecchie.
  • La larghezza radiativa della risonanza a 422 keV, che domina il tasso alle temperature più alte.

Reazioni correlate

Bibliografia

  1. 1.
  2. 2.

    Gy. Gyürky, L. Csedreki, T. Szücs, G. G. Kiss, Z. Halász and Zs. Fülöp

    Cross section measurement of the 12C(p,γ)13N reaction with activation in a wide energy range

    Eur. Phys. J. A 59, 59 (2023) · 10.1140/epja/s10050-023-00974-0 · arXiv:2303.05999

  3. 3.
  4. 4.

    K.-U. Kettner, R. J. deBoer, J. Görres, M. Wiescher et al.

    Absolute cross section of the 12C(p,γ)13N reaction

    Phys. Rev. C 108, 035805 (2023) · 10.1103/PhysRevC.108.035805

  5. 5.
  6. 6.
  7. 7.
  8. 8.

    J. Skowronski et al. (LUNA Collaboration)

    A comparative analysis of R-matrix fitting: 12C(p,γ)13N as test case

    Phys. Rev. C 111, 035802 (2025) · 10.1103/PhysRevC.111.035802 · arXiv:2502.14040LUNA

Come citare questa pagina

J. Skowronski, 12C(p,γ)13N, in Atlante delle reazioni, 2026-10-12, https://jskowron.eu/it/atlas/12C-pg-13N.

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