Experimental evaluation of the p-11B reaction cross section : comparison between 11B and natural Boron targets

A description of the proton-Boron 11 fusion reaction is yet to be clear, due to its complexity. The most widely accepted description is a two-step process, where a compound nucleus of 12C is formed and decays in an 8Be nucleus, emitting an alpha particle, through two possible reaction channels, depending on the state in which the Beryllium nucleus is formed. This then splits into two alpha particles, producing a continuous spectrum. In this work, this fusion reaction has been studied exploiting a double stage Silicon detector and an almost pure Boron-11 target, developed using the pulsed laser deposition technique. Measurements have been carried out at Legnaro National Laboratories (LNL) of the Italian Institute of Nuclear Physics (INFN), irradiating the targets with protons from the CN accelerator, ranging from 0.85 MeV to 3 MeV in energy. Exploiting the property of the Monolithic Silicon detector, it has been possible to discriminate the proton contribution on the measured spectra, obtaining alpha particle spectra for each energy. These have been compared to the one obtained in a previous experimental session, in order to define the additional contributions due to the employment of a natural Boron target. This led to a rough estimation of the total cross section of the fusion reaction on Boron-10. Finally, the alpha particles’ energy spectra have been exploited for evaluating the total cross section of the p-11B fusion reaction, along with the single channel cross sections, comparing them with the literature and with the results obtained though previous measurements done on a natural Boron target.

La descrizione della reazione di fusione tra protone e Boro-11 non è ancora completamente chiara, a causa della sua complessità. La descrizione più accettata è quella di un processo a due fasi, in cui un nucleo composto di 12C si forma e decade in un nucleo di 8Be, emettendo una particella alfa, attraverso due possibili canali di reazione, a seconda dello stato in cui si forma il nucleo di Berillio. Questo si divide poi in due particelle alfa, producendo uno spettro continuo. In questo lavoro, questa reazione di fusione è stata studiata sfruttando un rivelatore al Silicio a doppio stadio e un bersaglio di Boro-11 quasi puro, sviluppato con la tecnica di deposizione a laser pulsato. Le misure sono state effettuate presso i Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL) dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), irradiando i bersagli con protoni dell'acceleratore CN, con energia compresa tra 0,85 MeV e 3 MeV. Sfruttando le proprietà del rivelatore al Silicio monolitico, è stato possibile discriminare il contributo dei protoni dallo spettro energetico totale, ottenendo spettri di particelle alfa chiari per ogni energia. Questi sono stati confrontati con quelli ottenuti in una precedente sessione sperimentale, per definire i contributi aggiuntivi dovuti all'impiego di un bersaglio naturale di Boro. Ciò ha portato a una stima approssimativa della sezione d'urto totale della reazione di fusione su Boro-10. Infine, gli spettri energetici delle particelle alfa sono stati sfruttati per valutare la sezione d'urto totale della reazione di fusion protone-Boro 11, insieme alle sezioni d'urto del singolo canale, confrontandole con la letteratura e con i risultati ottenuti attraverso precedenti misure effettuate su un bersaglio naturale di Boro.