¹³C(α,n)¹⁶O · Atlante delle reazioni

Il carbonio-13 cattura un nucleo di elio e libera un neutrone. Nelle stelle come il Sole, verso la fine della loro vita, questa reazione fornisce i neutroni che costruiscono circa metà dei nuclei più pesanti del ferro.

Gli elementi più pesanti del ferro si formano per lo più aggiungendo neutroni a nuclei già esistenti. Nel processo di cattura neutronica lenta, o processo s, i neutroni arrivano uno alla volta, abbastanza lentamente che i nuclei instabili di solito decadono prima che arrivi il successivo. Nelle stelle di piccola massa del ramo asintotico delle giganti (stelle AGB, l'ultima fase luminosa delle stelle come il Sole), tra un impulso termico e l'altro si forma uno strato sottile ricco di carbonio-13. Lì questa reazione libera neutroni a una temperatura di circa 90 milioni di kelvin, e il loro numero decide quanto stronzio, bario, piombo e molti altri elementi produce la stella. La stessa reazione può alimentare anche il processo intermedio, più veloce, o processo i, quando l'idrogeno viene mescolato in strati caldi in cui brucia l'elio.

Il processo s, dal ferro al piombo

Dati essenziali

Quanto è noto: Le misure in laboratori sotterranei profondi arrivano ora alla parte alta dell'intervallo di energie che conta nelle stelle giganti, da 230 keV in su. Più in basso il tasso dipende ancora dal prolungamento dei dati con il modello di uno stato nucleare che si trova appena sotto la soglia della reazione.
Valutazione interattiva: Nessuna valutazione interattiva per ora · Valutazioni
Tassi di reazione: Esplora i tassi →
Valore Q · energia liberata: 2,216 MeV
Finestra di Gamow: 185 ± 44 keVtasca di ¹³C nelle AGB, 90 MK (Sorgenti di neutroni del processo s)
Tipo: Reazione di scambio di particelle

Nella cronologia

Come è stata misurata

Le parti tecniche di questa pagina (l'elenco delle misure, i dettagli) sono in inglese.

8 misure, 1993–2024, una a LUNAMostra l'elenco

1993
Misura diretta in superficie
Direct measurement of both s-process neutron sources, ¹³C(α,n)¹⁶O and ²²Ne(α,n)²⁵Mg, with new rates for each. [1]
2008
Forschungszentrum Karlsruhe, Karlsruhe
Misura diretta in superficie
Direct measurement and R-matrix analysis of the cross section; the resulting rate became the reference for later comparisons. [2]
2012
Metodo del cavallo di Troia · ¹³C(⁶Li,n¹⁶O)d quasi libera
First Trojan Horse study of the −3 keV subthreshold resonance from the 6.356 MeV level of ¹⁷O, which dominates the cross section in the 140–230 keV window. [3]
2015
John D. Fox Accelerator Laboratory, Florida State University, Tallahassee
Reazioni di trasferimento e ANC · ⁶Li(¹³C,d)¹⁷O a energia sotto la barriera coulombiana, fascio di ¹³C da 8 MeV
Squared Coulomb-modified α ANC of the 1/2⁺ state at 6.356 MeV, 3.6 ± 0.7 fm⁻¹. The result removes the disagreement between earlier α-transfer measurements; some disagreement with the Trojan Horse result remains. [4]
2021
LUNA 400 kVLaboratori Nazionali del Gran Sasso (INFN)
Misura diretta in laboratorio sotterraneo · E = 230–300 keV
First direct data reaching the upper edge of the s-process Gamow window (230 keV), measured deep underground with much smaller uncertainties than previous data; stellar models with the revised rate change the yields of ⁶⁰Fe, ²⁰⁵Pb and ¹⁵²Gd in stars of near-solar composition. [5]
2022
JUNAChina Jinping Underground Laboratory
Misura diretta in laboratorio sotterraneo · E = 0,24–1,9 MeV (con la Sichuan University in superficie)
One consistent data set across the s- and i-process windows; the uncertainty at the centre of the i-process window fell from about 60% to 15%, with the first direct determination of the α strength of the near-threshold state. [6]
2023
Edwards Accelerator Laboratory, Ohio University
Misura diretta in superficie · E_α = 2,9–8,0 MeV
Total cross section with a ³He–BF₃ neutron barrel: considerably lower than earlier direct data above E_α = 5 MeV, as corrections based on Hauser–Feshbach estimates had suggested; Hauser–Feshbach branchings do not reproduce the earlier partial-channel data. [7]
2024
Nuclear Science Laboratory, Notre DameUniversity of Notre Dame
Misura diretta in superficie · E_α = 0,8–6,5 MeV, 18 angoli (α,n₀)
Differential cross section of the (α,n₀) channel at angles from 0 to 160°, over 700 angular distributions, the first accurate ones below 1 MeV; added to the R-matrix fit, they suggest an extrapolation uncertainty of about 5%, against about 15% before. [8]

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.

65 serie di dati in 31 voci EXFOR, 1956–2024 · 3 senza un intervallo di energia, non disegnate

tasca di ¹³C nelle AGB, T₉ = 0,09 (90 MK)

Energia più bassa in EXFOR: 233 keV; Ciani et al., 2021 · S · O2548.002.1
Distanza dal picco di Gamow: 0,53 larghezze di Gamow sopra; E₀ = 186 keV, finestra 143–230 keV
Tasso da energie assenti in EXFOR: 89 %; a T₉ = 0,09, stima liscia · di cui 89 % sotto l'energia più bassa in EXFOR

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
Grandezza	Serie di dati	Intervallo di E_cm (keV)
σsezione d'urto	12	241 keV – 7,99 MeV
Sfattore S	6	233 keV – 1,88 MeV
σ→Eₓparziale	2	626 keV – 4,98 MeV
dσ/dΩdistribuzione angolare	22	626 keV – 17,2 MeV
Aypolarizzazione	4	1,59 MeV – 3,75 MeV
Yresa	2	460 keV – 879 keV
ωγintensità di risonanza	2	1,6 MeV – 3,86 MeV
…altro	12	788 keV – 4,97 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.

Tutte le misure (65)Nucleo composto ¹⁷O

Dettagli

At T₉ ≈ 0.09 the Gamow window lies roughly between 140 and 230 keV, where the cross section is dominated by the high-energy tail of the 1/2⁺ state at 6.356 MeV in ¹⁷O, about 3 keV below the α threshold. Its contribution depends on the reduced α width, usually expressed through the asymptotic normalization coefficient (ANC), and on the exact position of the state relative to the threshold (deBoer et al. 2020). Indirect methods, the Trojan Horse method (La Cognata et al. 2012) and α-transfer ANC measurements (Avila et al. 2015), constrain this state, but their results have not always agreed. Avila et al. removed the disagreement among the α-transfer measurements, while a difference from the Trojan Horse value remained.

At the surface, the low event rate against the neutron background kept direct measurements above the Gamow window. The LUNA measurement under Gran Sasso reached E = 230–300 keV, reaching the upper edge of the s-process Gamow window (230 keV) for the first time (the authors describe it as inside the Gamow peak), with much smaller uncertainties than earlier data (Ciani et al. 2021). The JUNA measurement in the China Jinping Underground Laboratory, combined with data taken at Sichuan University, covered 0.24–1.9 MeV in one consistent data set and constrained the near-threshold state directly (Gao et al. 2022). At higher energies, the first accurate differential cross sections below 1 MeV, at 18 angles from 0.8 to 6.5 MeV, resolve long-standing differences between the earlier data and, in an R-matrix fit, could bring the uncertainty of the extrapolation to about 5% (deBoer et al. 2024).

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.

—C. Angulo, M. Arnould, M. Rayet et al. (NACRE Collaboration), Nucl. Phys. A 656, 3 (1999) [9]
—Y. Xu et al., Nucl. Phys. A 918, 61 (2013) [10]
—R. J. deBoer et al., Phys. Rev. C 101, 045802 (2020) [11]

Questioni aperte

L'ANC e l'energia esatta dello stato 1/2⁺ a 6,356 MeV nel ¹⁷O, che controllano l'estrapolazione sotto 230 keV.
La normalizzazione assoluta dei dati diretti, che dipende dalla stechiometria del bersaglio sotto fascio e dall'efficienza di rivelazione dei neutroni in funzione della loro energia e del loro angolo.
Dati coerenti su un ampio intervallo di energia, che si sovrappongano alle misure sotterranee e a quelle di superficie, per vincolare il fit R-matrix.

Discussa nella pagina delle questioni aperte

Reazioni correlate

Bibliografia

1.
H. W. Drotleff, A. Denker, H. Knee, M. Soiné, G. Wolf, J. W. Hammer, U. Greife, C. Rolfs, H. P. Trautvetter
Reaction rates of the s-process neutron sources ¹³C(α,n)¹⁶O and ²²Ne(α,n)²⁵Mg
Astrophys. J. 414, 735 (1993)
2.
M. Heil et al.
The ¹³C(α,n) reaction and its role as a neutron source for the s process
Phys. Rev. C 78, 025803 (2008) · 10.1103/PhysRevC.78.025803
3.
M. La Cognata et al.
Measurement of the −3 keV resonance in the reaction ¹³C(α,n)¹⁶O of importance in the s-process
Phys. Rev. Lett. 109, 232701 (2012) · 10.1103/PhysRevLett.109.232701
4.
M. L. Avila et al.
New α ANC measurement of the 1/2⁺ state in ¹⁷O at 6.356 MeV, that dominates the ¹³C(α,n)¹⁶O reaction rate at temperatures relevant for the s-process
Phys. Rev. C 91, 048801 (2015) · 10.1103/PhysRevC.91.048801 · arXiv:1503.08743
5.
G. F. Ciani et al. (LUNA Collaboration)
Direct measurement of the ¹³C(α,n)¹⁶O cross section into the s-process Gamow peak
Phys. Rev. Lett. 127, 152701 (2021) · 10.1103/PhysRevLett.127.152701 · arXiv:2110.00303LUNA
6.
B. Gao, T. Y. Jiao, Y. T. Li et al. (JUNA Collaboration)
Deep underground laboratory measurement of ¹³C(α,n)¹⁶O in the Gamow windows of the s and i processes
Phys. Rev. Lett. 129, 132701 (2022) · 10.1103/PhysRevLett.129.132701 · arXiv:2210.03222
7.
K. Brandenburg et al.
Measurements of the ¹³C(α,n)¹⁶O cross section up to E_α = 8 MeV
Phys. Rev. C 108, L061601 (2023) · 10.1103/PhysRevC.108.L061601
8.
R. J. deBoer et al.
Measurement of the ¹³C(α,n₀)¹⁶O differential cross section from 0.8 to 6.5 MeV
Phys. Rev. Lett. 132, 062702 (2024) · 10.1103/PhysRevLett.132.062702
9.
C. Angulo, M. Arnould, M. Rayet et al. (NACRE Collaboration)
A compilation of charged-particle induced thermonuclear reaction rates
Nucl. Phys. A 656, 3 (1999)
10.
Y. Xu, K. Takahashi, S. Goriely, M. Arnould, M. Ohta, H. Utsunomiya
NACRE II: an update of the NACRE compilation of charged-particle-induced thermonuclear reaction rates for nuclei with mass number A < 16
Nucl. Phys. A 918, 61 (2013) · 10.1016/j.nuclphysa.2013.09.007 · arXiv:1310.7099
11.
R. J. deBoer, C. R. Brune, M. Febbraro, J. Görres, I. J. Thompson, M. Wiescher
Sensitivity of the ¹³C(α,n)¹⁶O S factor to the uncertainty in the level parameters of the near-threshold state
Phys. Rev. C 101, 045802 (2020) · 10.1103/PhysRevC.101.045802

Come citare questa pagina

J. Skowronski, ¹³C(α,n)¹⁶O, in Atlante delle reazioni, 2026-10-12, https://jskowron.eu/it/atlas/13C-an-16O.

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