Исследовательская группа из Института современной физики (IMP) Китайской академии наук (CAS) вместе с коллегами из Сычуаньского университета и Китайского института атомной энергии недавно разработала высокоэффективную низкофоновую матрицу детекторов нейтронов. Это необходимо для точного измерения поперечного сечения реакции ¹³ C(α,n) ¹⁶ O при звездных энергиях в Китайской подземной лаборатории Цзиньпин (CJPL).

Исследование было опубликовано в журнале Nuclear Science and Techniques.

Процесс медленного захвата нейтронов (s-процесс) и промежуточный процесс (i-процесс) являются важными процессами образования и эволюции элементов. Почти половина элементов тяжелее железа синтезируется в s-процессе.

¹³ C(α,n) ¹⁶ O является доминирующим источником нейтронов s- и i-процессов. Сечение этой реакции чрезвычайно мало при звездных энергиях (~10 ^-14 барн), что приводит к большим ошибкам измерений и затрудняет ограничение теоретической экстраполяции.

Чтобы точно измерить сечение реакции ¹³ C(α,n) ¹⁶ O, исследователи разработали детекторную матрицу, состоящую из 24 пропорциональных счетчиков 3 He. Счетчики были помещены в полиэтиленовый куб, экранированный слоем полиэтилена с содержанием бора 7%.

Затем были проведены подземные и наземные измерения фона решетки детекторов соответственно. Нейтронный фон, измеренный в CJPL, составил всего 4,5 имп/ч, что в 265 раз ниже результата наземного измерения.

Исследователи также определили эффективность обнаружения массива для нейтронов в диапазоне от 0,1 МэВ до 4,5 МэВ, что было выполнено с помощью тандемного ускорителя на 3 МВ в Сычуаньском университете и моделирования Монте-Карло.

На основе этого исследования в ближайшем будущем могут быть проведены дальнейшие исследования, в том числе прямые измерения сечений ключевых реакций источников нейтронов в звездах, что поможет ученым исследовать формирование и эволюцию элементов во Вселенной.