T i i i = n , p , ,... determined T transmission - PowerPoint PPT Presentation

Nuclear ¡structure ¡from ¡fusion ¡evapora4on ¡reac4ons ¡ ¡ A. ¡Voinov ¡ Department ¡of ¡Physics ¡and ¡Astronomy, ¡Ohio ¡University, ¡Athens ¡OH ¡ n ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 𝐵 + 𝐶 ¡→ 𝐷 ¡ p ¡ α … Hauser-­‑Feshbach ¡model ¡for ¡compound ¡reac4on: ¡ fus T n ( p α ) ⋅ ρ ( E * − S n ( p , a ) − E n ( p , a ) ) σ = σ c ∑ T i ρ i i = n , p , α ,... determined ¡ T ¡– ¡transmission ¡coefficients ¡of ¡outgoing ¡par4cles ¡ by ¡nuclear ¡ ρ ¡– ¡level ¡density ¡of ¡nuclei ¡populated ¡by ¡outgoing ¡par4cles ¡ structure ¡

Transmission ¡coefficients ¡ 1. Determine ¡decay ¡rates ¡of ¡compound ¡nuclei ¡ σ l = (2 l + 1) π  T l 2. Determine ¡fusion ¡cross ¡sec4on ¡ ¡ neutron ¡capture ¡reac4ons, ¡r-­‑process ¡ Transmission ¡coefficients ¡are ¡obtained ¡from ¡op4cal ¡model ¡of ¡nuclear ¡ ¡reac4ons ¡ Op4cal ¡poten4al: ¡ U = V + i ⋅ W V = V 0 + N − Z W = W 0 + N − Z V iso W iso A A Ts ¡are ¡determined ¡by ¡W, ¡for ¡neutron ¡rich ¡nuclei ¡by ¡W iso ¡ ¡ W iso ¡ is ¡also ¡related ¡to ¡the ¡symmetry ¡energy ¡of ¡nuclear ¡maKer ¡!!! ¡

Neutron ¡strength ¡func4on: ¡ S l = T l 2 π JLMB ¡poten4al ¡: ¡

It ¡suggests ¡that ¡standard ¡op4cal ¡poten4als ¡overes4mate ¡(n,γ) ¡reac4on ¡ ¡ rates ¡for ¡neutron ¡rich ¡nuclei ¡by ¡orders ¡of ¡magnitudes ¡!!! ¡

Study ¡of ¡transmission ¡coefficients ¡from ¡decay ¡rate ¡ra4os ¡of ¡ ¡ compound ¡nuclei ¡ 1. Create ¡compound ¡neutron ¡rich ¡nucleus ¡with ¡fusion ¡reac4on ¡ 2. Measure ¡rela4ve ¡neutron, ¡proton ¡and ¡alpha ¡decay ¡rates ¡ ¡ fus T p ⋅ ρ ( E * − S p − E p ) fus T n ⋅ ρ ( E * − S n − E n ) σ ( z , p ) = σ c σ ( z , n ) = σ c ∑ T i ρ i ∑ T i ρ i i = n , p , α ,... i = n , p , α ,... n ¡ α ¡ p ¡ σ ( z , n ) = T n ρ ( E * − S n − E n ) ~100 ¡calculated ¡ ¡ T p ρ ( E * − S p − E p ) σ ( z , p ) with ¡tradi4onal ¡models ¡ Uncertainty ¡of ¡this ¡ra4o ¡due ¡to ¡level ¡density ¡is ¡es4mated ¡of ¡about ¡30-­‑50%, ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡up ¡to ¡factor ¡of ¡2 ¡in ¡extreme ¡cases. ¡ The ¡effect ¡due ¡to ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡can ¡be ¡up ¡to ¡orders ¡of ¡magnitude ¡ ¡ T n

A.P.D.Ramirez, ¡ ¡ A.V.Voinov, ¡ ¡ S.M.Grimes ¡et ¡al ¡ d+54Fe ¡ Phys.Rev. ¡C ¡92, ¡ ¡ 014303 ¡(2015) ¡ d+56Fe ¡ d+58Fe ¡

Experimental ¡details ¡ Beam ¡energies ¡ 3-­‑9 ¡MeV/A ¡depending ¡on ¡beam ¡species, ¡targets, ¡cross ¡sec4ons. ¡ • Different ¡beam ¡energies ¡bring ¡different ¡angular ¡momenta, ¡so ¡ it ¡would ¡be ¡important ¡to ¡study ¡effect ¡of ¡angular ¡momenta ¡of ¡the ¡ compound ¡system ¡on ¡decay ¡rates ¡of ¡different ¡outgoing ¡channels. ¡ • Cross ¡sec4ons ¡for ¡some ¡reac4ons ¡increase ¡with ¡the ¡beam ¡energy. ¡ Expected ¡rates ¡ Beam ¡intensity ¡~5 ¡×10 4 ¡ pps, ¡neutron ¡yield ¡~ ¡10 4 ¡ /day ¡, ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡proton ¡yield ¡~ ¡500 ¡/day ¡ Detec4on ¡systems ¡: ¡ ¡ ¡ ¡due ¡to ¡low ¡intensity ¡beams ¡and ¡small ¡(z,Xp) ¡cross ¡sec4on, ¡ ¡large ¡solid ¡angle ¡coverage ¡detectors ¡are ¡required ¡

Conclusions ¡ ¡ 1. Results ¡obtained ¡from ¡analysis ¡of ¡neutron ¡strength ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡func4on ¡for ¡stable ¡isotopes ¡with ¡different ¡neutron ¡number, ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡suggests ¡that ¡neutron ¡strength ¡func4on ¡can ¡decrease ¡very ¡rapidly ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡with ¡increasing ¡(N-­‑Z)/A. ¡If ¡this ¡is ¡true, ¡the ¡tradi4onal ¡picture ¡of ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡r-­‑process ¡in ¡the ¡neutron ¡rich ¡region ¡needs ¡to ¡be ¡revised. ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡(S. ¡Goriely, ¡J.P. ¡Delaroche, ¡Phys.LeK. ¡B653, ¡178(2007)). ¡ ¡ 2. It ¡appears ¡that ¡isovector ¡imaginary ¡op4cal ¡poten4al ¡responsible ¡for ¡neutron ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡strength ¡func4on ¡can ¡be ¡studied ¡experimentally ¡from ¡ra4os ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡of ¡neutron/proton/alpha ¡ ¡yields ¡from ¡decay ¡of ¡ ¡neutron ¡rich ¡compound ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡nuclei ¡created ¡with ¡radioac4ve ¡beams. ¡

Thanks ¡to ¡collaborators: ¡ Georgios ¡Perdikakis, ¡CMU ¡ Magne ¡GuKormsen, ¡University ¡of ¡Oslo ¡ Anne-­‑Cecilie ¡Larsen, ¡University ¡of ¡Oslo ¡ Steven ¡Grimes, ¡Ohio ¡University ¡ Remco ¡Zegers, ¡NSCL ¡ Jorge ¡Pereira, ¡NSCL ¡ Fernando ¡Montes, ¡NSCL ¡ Sunniva ¡Siem ¡, ¡University ¡of ¡Oslo, ¡ Jeff ¡Blackmon, ¡LSU ¡ Catherine ¡Deibel, ¡LSU ¡ Daniel ¡San4ago-­‑Gonzalez, ¡LSU ¡ Erin ¡Good, ¡LSU ¡ Ashley ¡Disbrow, ¡LSU ¡ Panagio4s ¡Gas4s, ¡CMU ¡ Stelios ¡Nikas, ¡CMU ¡ The ¡work ¡is ¡funded ¡by ¡US ¡DOE, ¡grant ¡numbers: ¡DE-­‑FG02-­‑88ER40387, ¡ ¡ DE-­‑FG52-­‑09NA29455, ¡DE-­‑NA0001837 ¡ ¡