Measurement of the 94Mo(γ,n) reaction by Coulomb dissociation and related post-processing nucleosynthesis simulations for the p-process

The elements in the universe are mainly produced by charged-particle fusion reactions and neutron-capture reactions. About 35 proton-rich isotopes, the p-nuclei, cannot be produced via neutron-induced reactions. To date, nucleosynthesis simulations of possible production sites fail to reproduce the p-nuclei abundances observed in the solar system. In particular, the origin of the light p-nuclei 92Mo, 94Mo, 96Ru and 98Ru is little understood. The nucleosynthesis simulations rely on assumptions about the seed abundance distributions, the nuclear reaction network and the astrophysical environment. This work addressed the nuclear data input. The key reaction 94Mo(g,n) for the production ratio of the p-nuclei 92Mo and 94Mo was investigated via Coulomb dissociation at the LAND/R3B setup at GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt, Germany. A beam of 94Mo with an energy of 500 AMeV was directed onto a lead target. The neutron-dissociation reactions following the Coulomb excitation by virtual photons of the electromagnetic field of the target nucleus were investigated. All particles in the incoming and outgoing channels of the reaction were identified and their kinematics were determined in a complex analysis. The systematic uncertainties were analyzed by calculating the cross sections for all possible combinations of the data selection criteria. The integral Coulomb dissociation cross section of the reaction 94Mo(g,n) was determined to be (571 +- 14 (stat) +- 46 (syst) ) mb. The result was compared to the data obtained in a real photon experiment carried out at the Saclay linear accelerator. The ratio of the integral cross sections was found to be 0.63 +- 0.07, which is lower than the expected value of about 0.8. The nucleosynthesis of the light p-nuclei 92Mo, 94Mo, 96Ru and 98Ru was investigated in post-processing nucleosynthesis simulations within the NuGrid research platform. The impact of rate uncertainties of the most important production and destruction reactions was studied for a Supernova type II model. It could be shown that the light p-nuclei are mainly produced via neutron-dissociation reactions on heavier nuclei in the isotopic chains, and that the final abundances of these p-nuclei are determined by their main destruction reactions. The nucleosynthesis of 92Mo and 94Mo was also studied in different environments of a Supernova type Ia model. It was concluded that the maximum temperature and the duration of the high temperature phase determine the final abundances of 92Mo and 94Mo.Die Elemente im Universum werden hauptsächlich durch Fusionsreaktionen geladener Atomkerne und durch Neutroneneinfangreaktionen erzeugt. Die Synthese von etwa 35 protonenreichen schweren Kernen zwischen Selen und Quecksilber, den sogenannten p-Kernen, ist bisher weitgehend unverstanden. Speziell der Ursprung der häufigsten p-Kerne 92Mo, 94Mo, 96Ru und 98Ru konnte bisher nicht zufriedenstellend erklärt werden. Simulationen zur Nukleosynthese benötigen verschiedene Eingangsparameter: die Temperatur- und Dichteprofile der stellaren Umgebung, die Anfangshäufigkeit aller Atomkerne und die Raten der Kernreaktionen im Simulationsnetzwerk. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Kernreaktionen, welche die Häufigkeiten der p-Kerne 92Mo, 94Mo, 96Ru und 98Ru bestimmen. Das Verhältnis der Häufigkeiten von 92Mo und 94Mo wird durch die Reaktion 94Mo(g,n) bestimmt. Diese Reaktion wurde mit der Coulombaufbruchmethode am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt, Deutschland, untersucht. Ein 94Mo-Strahl wurde mit einer Energie von 500 AMeV auf ein Blei-Target geschossen. Die Strahlteilchen wurden im elektromagnetischen Feld des Bleikerns angeregt, sodass sie ein Neutron emittierten. Der integrale Coulombaufbruchwirkungsquerschnitt der Reaktion 94Mo(g,n) ergab sich zu (571 +- 14 (stat) +- 46 (syst) ) mb. Das Ergebnis wurde mit Daten eines Photoabsorptionsexperiments verglichen, das am Linearbeschleuniger in Saclay durchgeführt wurde. Das Verhältnis der integralen Wirkungsquerschnitte wurde zu 0,63 +- 0,07 bestimmt. Dieser Wert ist kleiner als das erwartete Verhältnis von etwa 0,8. Die Produktion der leichten p-Kerne 92Mo, 94Mo, 96Ru und 98Ru wurde in Nukleosynthesesimulationen untersucht. Die Auswirkungen von Ratenunsicherheiten der Produktions- und Destruktionsreaktionen wurden für ein Modell einer Supernova Typ II ermittelt. Es konnte gezeigt werden, dass die leichten p-Kerne hauptsächlich durch Neutronen-Dissoziationsreaktionen an schwereren Kernen in der Isotopenkette des entsprechenden Elements produziert werden und dass die Häufigkeiten der leichten p-Kerne durch ihre direkten Destruktionsreaktionen bestimmt werden. Die Synthese der p-Kerne 92Mo und 94Mo wurde ebenfalls in einem Supernova Typ Ia Modell untersucht. Es zeigte sich, dass die Häufigkeiten durch die Maximaltemperatur und die Dauer der Hochtemperaturphase bestimmt werden