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核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展无 窗 喷 射 气 体 靶 研 制—LUNA-MV 升 级 计 划连钢2011. 10. 131 / 32

主 要 内 容 :‣ 背 景 :Gran Sasso 地 下 实 验 室 和 LUNA 项 目‣ LUNA-MV 计 划 圆 桌 会 议2011.2.6 - 2011.2.11 Gran Sasso‣ LUNA-MV 计 划 最 新 进 展‣ 无 窗 喷 射 气 体 靶 初 步 设 计2 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

Gran Sasso National LaboratoryArtistic view of the OPERA detector : 150000bricks (photographic emulsion films interleavedwith lead plates) for a total mass of 1300 tons.The yellow arrow in front of the VETOindicates the direction of the incomingCNGS neutrino beam299,799,953 m /s > 299,792,458 m /s ?6 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

LUNA 地 下 核 天 体 物 理 实 验 室LaboratoryUndergroundNuclearAstrophysics典 型 实 验 屏 蔽 示 意 图A.Caciolli et al.,Eur. Phys. J. A 39, 179 - 186 (2009)7 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

LUNA 地 下 核 天 体 物 理 实 验 室3 MV < E < 8 MV0.5 Counts / s0.0002 Counts / sLUNA 用 4BGO 探 测 器 + 14 N 无 窗 气 体 靶 测 量 的14N(p,) 15 O 反 应 能 谱 (E=70 keV). 测 量 耗 时 49 天 , 入射 质 子 束 的 电 荷 累 计 达 到 928 库 仑 . 蓝 线 表 示 天 然本 底 , 绿 线 是 束 流 引 起 的 本 底 , 蓝 色 点 线 为 地 面 实验 室 本 底 ( 有 铅 屏 蔽 ).8 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

LUNA 地 下 核 天 体 物 理 实 验 室LUNA Results9 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

LUNA 地 下 核 天 体 物 理 实 验 室LUNA present programCNO cycleNe-Na cycleBBN10 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

LUNA 地 下 核 天 体 物 理 实 验 室The key reactions of the He burning andneutron sources for the s-process are relevantat higher temperatures (larger energies) thanreactions belonging to the hydrogen-burningstudied so far at LUNAHigher energy machine11 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

LUNA-MV 计 划 圆 桌 会 议2011.2.6 - 2011.2.11 柳 卫 平 、 连 钢‣ 访 问 意 大 利 GranSasso 地 下 实 验 室‣ 参 加 LUNA-MV 计 划 圆 桌 会 议12 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

LaboratoryUndergroundNuclearAstrophysicsLUNA-MV 计 划 圆 桌 会 议‣ LUNA-MV 计 划 进 展‣ 实 验 计 划 讨 论‣ 其 他 地 下 实 验 室 进 展‣ 国 际 合 作 情 况 讨 论‣ 参 观 地 下 实 验 室13 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

LUNA-MV 计 划 圆 桌 会 议LUNA-MV 计 划 进 展A MV machineto reach He burning andreactions producing the neutron sources for thes-processApril 2007:a Letter of Intent (LoI) was presentedto the LNGS Scientific Committee (SC) containingkey reactions of the He burning and neutronsources for the s-processJuly 2008:The INFN President and the Executive Boardfully agree to continue the LUNA activity with theMV machine in Gran Sasso. A suitable placehas been found to host the new acceleratorFebruary 2011:LUNA-MV project Roundtablemaximum neutronproduction rate1800 n/s14 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

LUNA-MV 计 划 圆 桌 会 议Science cases:‣ 12 C (, ) 16 O is the “Holy Grail” of nuclear astrophysics.The typical Gamow peak energy for helium-burning: ~300 keV‣ (, ) reactions on 14,15 N and 18 OThe other Helium-burning reactions‣ 13 C (,n) 16 O and 22 Ne (,n) 25 MgThe neutron source for the s-process15 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

South Dakota( 南 达 科 他 州 ),USLUNA-MV 计 划 圆 桌 会 议16 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

Canfranc ( 坎 弗 兰 克 ), SpainUnder the Pyrenees (railway tunnel )LUNA-MV 计 划 圆 桌 会 议LSC: Laboratorio Subterráneo de Canfranc17 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

LUNA-MV 计 划 圆 桌 会 议Boulby: commercial potash and salt mine , North Yorkshire, England(~ 1100 m deep)European Laboratory for Experimental Nuclear Astrophysics18 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

LUNA-MV 计 划 最 新 进 展Workpackages :LaboratoryUndergroundNuclearAstrophysics‣ WP1: Accelerator + ion source‣ WP2: Gamma detectors‣ WP3: Neutron detectors‣ WP4: Solid targets‣ WP5: Gas target‣ WP6: Simulations‣ WP7: Stellar model calculations19 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

LUNA-MV 计 划 最 新 进 展A board of four people :M. Aliotta, L.M. Fraile, Z. Fülop, A. GuglielmettiA WP co-ordinator :will be selected among the interested scientists in order to setthe relevant milestones and deadlinesAn overall coordinator/spokesperson :to monitor the progress of each WPserve as liaison for scientifically related questions among different WPs20 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

LUNA-MV 计 划 最 新 进 展Timeline of the LUNA-MV envisaged:‣ 6 months for the site preparation;‣ 6 months for implementation of power supply, ventilation, safety systems‣ 12 months for accelerator installation and first beam line commissioning.For the accelerator a bid will be necessary. Estimate of the necessarytime for the bid is uncertain, being very much dependent on the regulationsat the time when the bid will be realized (approximately 1 year).21 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

无 窗 喷 射 气 体 靶 初 步 设 计22 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

无 窗 喷 射 气 体 靶 初 步 设 计难 点 一 : 气 体 喷 嘴 设 计23 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

无 窗 喷 射 气 体 靶 初 步 设 计难 点 二 : 气 体 靶 泵 组 空 间 安 排24 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

无 窗 喷 射 气 体 靶 初 步 设 计难 点 三 : 循 环 气 路 设 计25 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

无 窗 喷 射 气 体 靶 初 步 设 计难 点 四 : 靶 厚 精 确 测 量‣ Elastic scattering Method‣ Energy Loss MethodMeasurement ofthe excitationcurve of aresonance withand without gas4He Energy (keV)University of Notre DameJoint Institute for Nuclear Astrophysics26 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

无 窗 喷 射 气 体 靶 初 步 设 计‣ A total of 6 pumping stages4 Turbo-molecular pumps & 4 Roots Blowers‣ Compact designAllowing for gamma ray detection set-up in close geometry‣ Designed jet thickness10 17 ~10 18 atoms/cm 2 @ Helium 1500 mbar5-10% of target thickness uncertainty27 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

The plan for 2012‣ ~ 2011.12To nail down the task of WorkPackages.‣ 2012.1 ~ 2012.6According to the LUNA-MV project,making detailed design of the windowless gas jet target‣ 2012.7 ~ 2012.12Fabricating the gas jet target in CIAEincluding the gas cell, the jet system and remote control28 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

经 费 预 算项 目内 容 预 计 费 用 ( 万 )差 分 泵 组 包 括 :稳 流 装 置包 括 :4 组 罗 茨 泵 、4 组 分 子 泵 、3、组 前 级 泵 及 相应 的 自 动 控 制 系 统150气 体 稳 流 装 置 和 安 全 保 护 系 统 25靶 室靶 室 、 气 嘴 、 气 阻 、 气 动 阀 门 及 相 应 的 控 制 系 统 30参 加 国 际 会 议 、LUNA实 验 、 协 调 工 作 进 度 15国 际 合 作 参 加 国 际 会 议 、15其 他气 体 靶 设 计 、 测 试 实 验 、 靶 厚 测 量 25合 计 24529 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

仪 器 基 金 申 请…… 申 请 者 为 积 累 了 多 年 的 实 验 经 验 , 申 请 书 中 对 于 仪 器 的 方 案 、 设 想 、 调 试 等 都比 较 详 细 , 比 较 切 实 可 行 。 主 要 的 问 题 是 申 请 的 仪 器 项 目 将 配 置 在 国 外 的 加 速 器 实验 装 置 中 , 以 往 也 有 类 似 的 项 目 归 属 于 国 际 合 作 项 目 中 , 本 人 认 为 , 此 类 项 目 因 属于 国 际 合 作 项 目 的 范 围 , 所 以 建 议 这 里 不 予 资 助 。…… 本 项 目 提 出 的 研 究 无 窗 喷 射 气 体 吧 , 具 有 重 要 的 应 用 价 值 , 特 别 对 于 低 能 核 反应 实 验 。 提 出 的 方 案 经 过 详 细 调 研 分 析 , 具 有 较 好 的 可 行 性 。 但 目 标 是 用 于 参 与 国际 深 地 实 验 合 作 , 似 乎 申 请 重 大 国 际 合 作 项 目 更 合 适 。…… 研 制 目 标 明 确 , 有 一 定 难 度 , 可 为 今 后 国 际 合 作 开 展 天 体 物 理 相 关 的 α 核 反 应截 面 测 量 创 造 条 件 。 该 国 际 合 作 项 目 本 人 不 了 解 , 但 从 申 请 书 内 容 看 , 意 方 已 与 原子 能 院 签 订 合 作 意 向 协 议 , 说 明 从 其 他 渠 道 是 可 以 得 到 经 费 支 持 的 。 综 上 , 建 议 不予 资 助 。30 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展

总 结 :‣ LUNA 唯 一 的 地 下 核 天 体 物 理 实 验 室‣ 新 的 MV 计 划 将 拓 展 LUNA 的 研 究 范 围‣ 借 助 创 新 群 体 平 台 参 与 LUNA-MV 计 划 :开 展 合 作 研 究 的 良 机‣ 其 他 基 金 的 支 持31 / 32

Thanks !32 / 32核 天 体 物 理 创 新 研 究 群 体 项 目 进 展