Prospettive delle attivita' di Prospettive delle attivita' di Astrofisica Nucleare Astrofisica Nucleare

con Recoil Mass Separatorscon Recoil Mass Separators

Prospettive delle attivita' di Prospettive delle attivita' di Astrofisica Nucleare Astrofisica Nucleare

con Recoil Mass Separatorscon Recoil Mass Separators

Gianluca Imbriani per la collaborazione ERNA

Gianluca Imbriani per la collaborazione ERNA

Solar burnings:Solar burnings:pp chainpp chain

Solar burnings:Solar burnings:pp chainpp chain

p + p 2H + e+ + p + e- + p 2H + e+ +

2H + p 3He +

3He + 3He 4He + 2p 3He + 4He 7Be +

7Be + e- 7Li + 7Be + p 8B + 7Li + p 8Be 8B 8Be + e+ + 8Be 2 4He 8Be 2 4He

99.75%99.75% 0.25%0.25%

86%86% 14%14%

99.89%99.89% 0.11%0.11%

CHAIN I CHAIN II CHAIN IIICHAIN I CHAIN II CHAIN III QQeff eff = 26.20 MeV Q= 26.20 MeV Qeffeff= 25.66 MeV Q= 25.66 MeV Qeffeff= 19.17 MeV= 19.17 MeV EE

lossloss= 2% E= 2% Elossloss= 4% E= 4% E

lossloss= 28.3% = 28.3%

Solar burnings:Solar burnings:CNO cycleCNO cycle

Solar burnings:Solar burnings:CNO cycleCNO cycle

CN13N

(p,

610

9 y

17F(p

,

13C

e+

10 m

17O

e+

64 sNO

12C 16O(p,

1108 y

(p,

14N(p,

1109 y

(p,18F(p,

15O

(p,

210

12y18O

e+

108 m

15N

e+

2 m(p,

Neutrino spectrumNeutrino spectrumNeutrino spectrumNeutrino spectrum

pp

1.E+01

1.E+04

1.E+07

1.E+10

1.E+13

1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02

E(MeV)

FLU

X

13N 15O

8B7Be* 7Be

pep

hep

Ga 0.2 MeVGa 0.2 MeVCl 0.8 MeV Cl 0.8 MeV SK+SNO 7 MeVSK+SNO 7 MeV

Neu

trin

o S

pect

rum

p+p p+e- +p 3He+p 13N decay 15O decay 17F decay e++7Be=7Li 8B decay

NACRE 6.09E+10 1.46E+08 7.69E+03 3.95E+08 3.37E+08 5.14E+06 5.07E+09 4.82E+06

Expected Neutrino Flux at Earth [cm-2 s-1]

To model the Sun we have used To model the Sun we have used FRANEC code FRANEC code ((Chieffi and Straniero ApJS 1989) Chieffi and Straniero ApJS 1989)

LL = 3.844·10= 3.844·103333erg·serg·s-1-1, R, R = 6.96·10= 6.96·101010cmcm

To model the Sun we have used To model the Sun we have used FRANEC code FRANEC code ((Chieffi and Straniero ApJS 1989) Chieffi and Straniero ApJS 1989)

LL = 3.844·10= 3.844·103333erg·serg·s-1-1, R, R = 6.96·10= 6.96·101010cmcm

-45

-35

-25

-15

-5

5

15

25

35

45

Pe

rce

nt v

ari

atio

n [%

]

p+p e++7Be=7Li 8B decay 13N decay

Lum 0.4%

Age 0.4%

Z/H 10%

p+p 2%

3He+3He 6%

3He+4He 15%

14N+p 50%

7Be+p 10%

Dipendenza del flusso di neutrini Dipendenza del flusso di neutrini dai parametri del modellodai parametri del modello

Dipendenza del flusso di neutrini Dipendenza del flusso di neutrini dai parametri del modellodai parametri del modello

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

Perc

ent

vari

atio

n [%

]

GALLI UM CLORI NE

Radiochemical Experiment

L

age

Z/H

p+p

3He + 3He

3He + 4He

14N + p

7Be + p

Incertezze indotte dal modello Incertezze indotte dal modello negli esperimenti negli esperimenti

Incertezze indotte dal modello Incertezze indotte dal modello negli esperimenti negli esperimenti

-12

-8

-4

0

4

8

12

Perc

ent

vari

atio

n [%

]

5.25 6 7.25 8.75 10.5 12.5 14.75 18 tot

Super Kamiokande energy bins

L

age

Z/H

p+p

3He + 3He

3He + 4He

14N + p

7Be + p

Incertezze indotte dal modello Incertezze indotte dal modello negli esperimenti negli esperimenti

Incertezze indotte dal modello Incertezze indotte dal modello negli esperimenti negli esperimenti

-12

-8

-4

0

4

8

12

Per

cent

var

iatio

n [%

]

5.25 5.75 6.25 6.75 7.25 7.75 8.25 8.75 9.25 9.75 10.25 10.75 11.25 11.75 12.25 12.75 16.50

SNO energy bins

L

age

Z/H

p+p

3He + 3He

3He + 4He

14N + p

7Be + p

Incertezze indotte dal modello Incertezze indotte dal modello negli esperimenti negli esperimenti

Incertezze indotte dal modello Incertezze indotte dal modello negli esperimenti negli esperimenti

La reazione La reazione 33He(He(44He,He,))77BeBeLa reazione La reazione 33He(He(44He,He,))77BeBe

Due metodi di misura:

1. Rivelazione diretta fotoni di cattura; S34(0) = (0.507 0.016) keV b

2. Misura dell’attività del 7Be impiantato S34(0) = (0.572 0.026) keV b

Ex (keV) J

4570

429

0

7/2-

1/2-

3/2-

3He+4He

7Be level scheme

Q = 1587 keV DC 429

DC 0

428

Ex (keV)

7Li0

EC 1/2-

3/2-

J

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 500 1000 1500

Ecm [keV]

S-fa

ctor

[ke

V b

]

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 500 1000 1500

Ecm [keV]

S-fa

ctor

[ke

V b

]

[PA63]

[NA69]

[KR82]

[AL84]

[HI 88]

[RO83]

[OS82]

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

0 500 1000 1500

Ecm [keV]

s [

b]

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

0 500 1000 1500

Ecm [keV]

s [

b]

[PA63]

[NA69]

[KR82]

[AL84]

[HI 88]

[RO83]

[OS82]

Dispersione angolare 3He+4He

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

0.0 1.0 2.0 3.0

Ebeam [MeV]

qm

ax [

mra

d]

Dispersione in energia

0.00

5.00

10.00

15.00

0.0 1.0 2.0 3.0

Ebeam [MeV]

DE/E

Caratteristiche cinematicheCaratteristiche cinematicheCaratteristiche cinematicheCaratteristiche cinematiche

Schema dei tempi Schema dei tempi

Entro la fine del 2003 prime misure di test;

Nel corso del 2004 inizio delle misure della sezione d’urto della 4He(3He,)7Be.

Reazioni con ioni radioattivi Reazioni con ioni radioattivi appartenenti al biciclo CNO appartenenti al biciclo CNO

caldo. caldo.

Reazioni con ioni radioattivi Reazioni con ioni radioattivi appartenenti al biciclo CNO appartenenti al biciclo CNO

caldo. caldo.

Novae explosionNovae explosionNovae explosionNovae explosion

Astrophysical sitesAstrophysical sitesAstrophysical sitesAstrophysical sites

Prospettive a lungo termineProspettive a lungo termine

Nova Nova explosionexplosion I INova Nova explosionexplosion I I

First step: Binary sistem between a (CO or ONe) White Dwarf, which accretes mass through the Roche lobe Lagrangian point, and a Red Giant star which accretes it Radius. In the H-rich zone starts the p-p chain.

First step: Binary sistem between a (CO or ONe) White Dwarf, which accretes mass through the Roche lobe Lagrangian point, and a Red Giant star which accretes it Radius. In the H-rich zone starts the p-p chain.

Nova explosion IINova explosion IINova explosion IINova explosion IISecond step: When T 2.4·107 K the CNO cycle starts and nucleartime scale becomes shorter than accretion one; end of accretion phaseAfter about 106 s T 108 K, the convection extends through the original WD material and the actual thermonuclear runaway starts. CNO, NeNa and MgAl extend to the Hot phasesnuc = 1.1 ·1016 ergs g-1 s-1

Second step: When T 2.4·107 K the CNO cycle starts and nucleartime scale becomes shorter than accretion one; end of accretion phaseAfter about 106 s T 108 K, the convection extends through the original WD material and the actual thermonuclear runaway starts. CNO, NeNa and MgAl extend to the Hot phasesnuc = 1.1 ·1016 ergs g-1 s-1

Il biciclo CNO estesoIl biciclo CNO estesoIl biciclo CNO estesoIl biciclo CNO esteso

CN NO

e+

19F

(p,

17 s

(p,20Ne

20Na

(p,

(p,

e+

446 ms

(,

19Ne(p,

(p,

12C 16O

14N

15N

15O

(p,

e+

2 m

(p, (p,

13N

(p,

17F

(p,

(p, (p,13C

e+

10 m

17O

e+

64 s(p,

18O

e+

108 m

18F(p,

14O

(p,

e+

64 s

18Ne

e+

(p,

2 s

1313N(p,N(p,))1414O, O, 1515O(O(,,))1919Ne, Ne, 1717F(p,F(p,))1818Ne, Ne, 1818F(p,F(p,))1919Ne,Ne,

1919N(p,N(p,))2020Na, Na, 2121Na(p,Na(p,))2222Mg, Mg, 2222Mg(p,Mg(p,))2323Al,Al,

2323Mg(p,Mg(p,))2424Al, Al, 2323Al(p,Al(p,))2424SiSi

1313N(p,N(p,))1414O, O, 1515O(O(,,))1919Ne, Ne, 1717F(p,F(p,))1818Ne, Ne, 1818F(p,F(p,))1919Ne,Ne,

1919N(p,N(p,))2020Na, Na, 2121Na(p,Na(p,))2222Mg, Mg, 2222Mg(p,Mg(p,))2323Al,Al,

2323Mg(p,Mg(p,))2424Al, Al, 2323Al(p,Al(p,))2424SiSi

For more details see José, Hernanz ApJ 494, 680-690, 1998