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폭발적인 천체현상과 관련된 핵물리실험 연구
Reports NRF is supported by Research Projects( 폭발적인 천체현상과 관련된 핵물리실험 연구 | 2008 Year 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 한인식(이화여자대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number C00024
Year(selected) 2008 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2010년 02월 26일
Year type 결과보고
Year(final report) 2010년
Research Summary
  • Korean
  • 우주의 많은 별 내부에서 일어나는 핵반응은 별의 진화과정 뿐만 아니라 우주의 원소의 기원을 이해하는데 필수적이다. 우주에는 x선 폭발, 신성, 초신성과 같은 폭발적인 천체가 있다. 현대물리학은 초신성과 같은 별에서는 핵반응을 통하여 엄청난 에너지와 새로운 원자가 생성된다는 사실을 이해하고 있다. 특히 별의 진화과정의 끝단계에 있는 초신성은 우주의 진화 및 구조에 대한 연구와 우주의 원소의 기원을 이해하는데 필수적이다. 본 연구에서는 이와 같은 폭발적인 천체를 이해하는데 중요한 핵반응 실험연구를 하였다. 우주에 존재하는 원소의 기원은 별의 진화과정과 초신성 폭발 메커니즘, 그리고 핵반응 단면적으로 이해할 수 있다. 폭발적인 천체 상화에서 CNO 싸이클과 rp process의 다리 역할을 하는 매우 중요한 핵반응인 (alpha,p)반등들에 대한 R-matrix 계산을 하였다. 미국 오크리지국립실험실에서 28Si빔과 방사성 동위원소인 10Be을 이용하여 각각 28Si(p,t)26Si와 10Be(d,p)11Be실험을 하였다. 위 실험들은 우주에서 많이 관측되는 26Al의 생성 메커니즘과 중성자가 많은 핵자들의 핵물리학적이 연구로써 의미 있는 실험 결과를 얻었다.

  • English
  • The nuclear reactions in stars are very important to understand the evolution and structure of the universe and the origin of elements in the universe. The relation between the element abundance ratio and reaction cross sections during the supernova explosion, the measurement of neutrinos, the properties of neutrinos, and the neutrino-nuclear cross sections are also very important issues in physics. Therefore, experimental measurements of key nuclear reactions will be very valuable to understand the explosive phenomena in the universe. Especially the reactions related to the rp-process and HCNO cycle involve of the (alpha,p) reactions. We investigated the reactions using R-matrix. In this study, we measured some astrophysically important cross sections of nuclear reactions. We successfully measured the 28Si(p,t)26Si reaction, which is a crucial reaction to understand the production of the 26Al radioisotope in astrophysical environments. We also studied the 10Be(p,d)11Be reaction to study the properties of the states of 11Be. The spectroscopic factors are disputed for the first excited state and unconfirmed for the first few resonances.
Research result report
  • Abstract
  • 태양을 포함한 우주의 많은 별에서의 중성미자를 생성하는 핵반응과 메커니즘은 별의 진화과정 뿐만 아니라 우주의 진화 및 구조에 대한 연구와 우주의 원소의 기원을 이해하는데 필수적이다. 우주에는 X선 버스트(X-ray bursts), 감마선 버스트(gamma-ray burst), 신성, 초신성과 같은 폭발적인 천체가 있다. 조선왕조실록에는 신성 및 초신성에 대한 매우 구체적이고 과학적인 관측 자료가 남아 있으며, 이는 당시의 어느 나라보다도 앞서 있는 매우 탁월한 자료로 평가된다. 현대물리는 초신성과 같은 별에서는 핵반응을 통하여 엄청난 에너지와 새로운 원자가 생성된다는 사실을 이해하고 있다. 초신성 뿐 아니라 신성이나, x선 버스트, 또는 쌍둥이별에서 일어나는 핵반응에 대한 연구는 지구상에 존재하는 원소들의 비율에도 많은 시사점을 제공한다 (그림 1 참조). X선 버스트, 신성, 초신성에서 핵반응이 발생하는데 정확하게 어떤 핵반응이, 얼마나 빨리 일어나는지에 대한 실험연구에는 가속기가 필수적으로 활용되고 있다.

    이러한 천체물리학적으로 중요한 핵반응 실험은 최첨단 가속기 및 부수 기반시설이 필요한데, 현재 국내에서는 이러한 고가의 가속기 시설이 없기 때문에 1년간 미국에 머물면서 연구하기 적합한 연구주제이다. 특히 단기간이 아닌 1년에 걸쳐서 연구를 할 수 있기에 해외방문연구 지원을 받으면 더 심도있는 연구를 할 수 있다. 최근에는 기존의 안정된 빔을 사용하는 것 보다 방사선 동위원소 빔 (radioactive ion beam)을 사용하여 더 많은 핵천체물리학적으로 중요한 실험을 많이 하고 있다. 해외연구기간은 1년이고 핵물리 실험의 특성상 단기간에 성공적인 실험을 하는 것은 어려울 수도 있기 때문에 성공적인 실험을 할 수 있는 몇 가지 중요한 주제를 계획하여 그 중에서 최선의 선택을 하였다.

    본 연구자는 미국 휴스턴 대학에 머물면서 실험 준비와 시뮬레이션을 하였고, 실험은 오크리지국립연구소(Oak Ridge National Laboratory)에서 2008년 12월과 2009년 4월에 하였다. 당초 예상하였던 방사선 동위원소 빔을 이용한 핵물리 및 핵천체물리와 관련된 실험을 성공적으로 하였으며 현재 데이터 분석 중이다.
  • Research result and Utilization method
  • 1. 연구 결과

    당초 연구계획에 충실하게 연구를 수행하여 2개의 실험을 성공적으로 맞추었다. 현재 실험 데이터를 분석 중에 있으면 그 중 하나는 2010년 4월 미국물리학회에서 발표예정이다. 특히 11Be의 첫 번째 들뜸상태의 핵물리학적인 성질은 이전의 실험들과 다르다는 초기 결과로 얻었으며 다른 들뜸상태들의 성질도 본 연구에서 새롭게 발표될 것으로 기대하고 있다. 본 연구와 관련하여 최종적으로 최소한 SCI 논문 1편을 기한 내에 발표할 예정이다.

    2. 기대효과 및 활용방안

    (1) 연구결과의 활용방안
    ● 초신성 메커니즘에 대한 구체적인 본 연구를 바탕으로 감마선 폭발과 같은 아직 잘 알려져 있지 않는 천체 현상의 메커니즘 연구에 활용할 수 있다.
    ● 천체물리학적으로 중요한 저에너지의 보다 정밀한 핵반응 단면적을 얻을 것이다. 이들 데이터들은 다시 데이터 네트워크를 통하여 현존하는 동위원소 Abundance와 비교될 것이며, 핵물리학적으로도 중요한 자료가 될 것이다.

    (2) 인력양성 방안
    본 연구자가 미국에 연구년으로 있는 동안 본인의 학생들에게 국제적인 수준의 실험을 수행할 수 있는 기회를 제공함으로써, 외국 과학자들과 동등한 위치에서, 국제적으로 물리학 연구를 주도하는 대열에 동참할 수 있는 발판을 마련한다는 부수적인 목표도 가지고 있다.
  • Index terms
  • 핵물리실험, 핵천체물리, 핵반응, 가속기
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