Pion mass effects on axion emission from neutron stars through NN bremsstrahlung processes

The rates of axion emission by nucleon-nucleon bremsstrahlung are calculated with the inclusion of the full momentum contribution from a nuclear one pion exchange (OPE) potential. The contributions of the neutron-neutron (nn), proton-proton (pp) and neutron-proton (np) processes in both the non-degenerate and degenerate limits are explicitly given. We find that the finite-momentum corrections to the emissivities are quantitatively significant for the non-degenerate regime and temperature-dependent, and should affect the existing axion mass hounds. The trend of these nuclear effects is to diminish the emissivities. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Further investigating the determination of phosphorus in plants by INAA using bremsstrahlung measurement

Phosphorus is an essential element for plants and animals, playing a fundamental role in the production of biochemical energy. Despite its relevance, phosphorus is not commonly determined by instrumental neutron activation analysis (INAA), because (32)P does not emit gamma-rays in its decay. There are alternative methods for the determination of phosphorus by INAA, such as the use of beta counting or the measurement of bremsstrahlung originated from the high energy beta particle from (32)P. Here the determination of phosphorus in plant materials by measuring the bremsstrahlung production was further investigated, to optimize an analytical protocol for minimizing interferences and overcoming the poor specificity. Eight certified reference materials of plant matrices with phosphorus ranging between 171 and 5,180 mg kg(-1) were irradiated at a thermal neutron flux of 9.5 x 10(12) cm(-2) s(-1) and measured with a HPGe detector at decay times varying from 7 to 60 days. Phosphorus solutions added to a certified reference material at three levels were used for calibration. Counts accumulated in the baseline at four different regions of the gamma-ray spectra were tested for the determination of phosphorus, with better results for the 100 keV region. The Compton scattering contribution in the selected range was discounted using an experimental peak-to-Compton factor and the net areas of all peaks in the spectra with energies higher than 218 keV, i.e. Compton edge above 100 keV. Amongst the interferences investigated, the production of (32)P from sulfur, and the contribution of Compton scattering should be considered for producing good results.

Emissione di Bremsstrahlung e applicazioni astrofisiche.

In ambiente astrofsico i principali meccanismi di produzione di energia sono associati a cariche elettriche in moto non uniforme. In generale è noto che cariche libere emettono radiazione elettromagnetica solamente se accelerate:una carica stazionaria ha campo elettrico costante e campo magnetico nullo, quindi non irradia, e lo stesso si ha per una carica in moto uniforme (difatti basta porsi nel sistema di riferimento solidale ad essa perchè si ricada nel caso precedente). In questo contesto si inserisce la radiazione di Bremsstrahlung, caratteristica dei plasmi astrofsici molto caldi e dovuta all'interazione coulombiana tra gli ioni e gli elettroni liberi del gas ionizzato. Data la piccola massa dell'elettrone, durante l'interazione lo ione non viene accelerato in maniera apprezzabile, quindi è possibile trattare il problema come quello di cariche elettriche negative decelerate dal campo coulombiano stazionario di un mare di cariche positive. Non a caso in tedesco la parola Bremsstrahlung signifca radiazione di frenamento". L'emissione di Bremsstrahlung è detta anche free-free emission poichè l'elettrone perde energia passando da uno stato non legato a un altro stato non legato. Questo processo di radiazione avviene nel continuo, su un intervallo di frequenze che va dal radio ai raggi gamma. In astrofsica è il principale meccanismo di raffreddamento per i plasmi a temperature elevate: si osserva nelle regioni HII, sottoforma di emissione radio, ma anche nelle galactic hot-coronae, nelle stelle binarie X, nei dischi di accrescimento intorno alle stelle evolute e ai buchi neri, nel gas intergalattico degli ammassi di galassie e nelle atmosfere di gas caldo in cui sono immerse le galassie ellittiche, perlopiù sottoforma di emissione X. La trattazione del fenomeno sarà estesa anche al caso relativistico che, per esempio, trova applicazione nell'emissione dei ares solari e della componente elettronica dei raggi cosmici. Infine la radiazione di Bremsstrahlung, oltre a permettere, solamente mediante misure spettroscopiche, di ricavare la temperatura e la misura di emissione di una nube di plasma, consente di effettuare una vera e propria "mappatura" del campo gravitazionale dei sistemi che hanno gas caldo.

Emissione di bremsstrahlung e applicazioni astrofisiche

La radiazione elettromagnetica è una singola entità, come si deduce dall’universalità delle leggi di Maxwell, nonostante lo spettro elettromagnetico sia caratterizzato da regioni a cui si associano nomi differenti. Questo implica l’esistenza di un meccanismo fondamentale comune alla base di tutti i processi di radiazione, che si identifica in una carica in moto non uniforme. Infatti una carica stazionaria ha un campo elettrico costante e un campo magnetico nullo, quindi non irradia; lo stesso vale per una carica in moto uniforme. La radiazione di Bremsstrahlung, che avviene nel continuo, spaziando dal radio ai raggi gamma, fu scoperta negli anni ’30 del secolo scorso, in seguito all’osservazione che la perdita di energia che subisce un elettrone attraversando la materia non è data unicamente dalla ionizzazione: l’elettrone, accelerato dal nucleo ionizzato, irradia e, di conseguenza, viene frenato. Letteralmente “Bremsstrahlung“ significa “radiazione di frenamento” e in astrofisica rappresenta il principale meccanismo di raffreddamento di un plasma a temperature molto elevate; nel seguente elaborato tale plasma sarà considerato monoatomico e completamente ionizzato. Dall’analisi dello spettro di Bremsstrahlung si possono rilevare la temperatura e la misura di emissione della nube di gas osservato, che consentono di ricavare la densità, la massa e la luminosità della nube stessa. Nel capitolo 1 vengono riportate la descrizione di questo processo di radiazione e le principali formule che lo caratterizzano, illustrate in ambiente semiclassico (Bremsstrahlung termica) e in ambiente relativistico (Bremsstrahlung relativistica). Nel capitolo 2 segue la trattazione di alcuni esempi astrofisici: le regioni HII; il gas intergalattico degli ammassi di galassie ed emettono principalmente nella banda X; le galassie Starburst; le binarie X; la componente elettronica dei raggi cosmici e i brillamenti solari; infine un accenno agli oggetti di Herbig-Haro.

Emissione di Bremsstrahlung e applicazioni astrofisiche

Nel 1930 Anderson osservò che le perdite di energia degli elettroni nell'attraversamento della materia sono maggiori di quanto previsto per le perdite per ionizzazione e attribuì correttamente questo fatto alla presenza di un'interazione con il campo coulombiano dei nuclei atomici e conseguente irraggiamento elettromagnetico. Al processo venne dato il nome di Bremsstrahlung (dal tedesco radiazione di frenamento). In astrofisica, la radiazione di Bremsstrahlung indica la presenza di un gas ionizzato o plasma. Esempi astrofisici includono i plasmi sottili, come nelle atmosfere stellari e il plasma caldo e denso, come si verifica nelle regioni centrali dei nuclei galattici attivi (AGN) o altri oggetti con accrescimento di materia.

Emissione di Bremsstrahlung e applicazioni astrofisiche

Emissione di bremsstrahlung e applicazioni astrofisiche

A LAPLACE TRANSFORM PAIR MODEL TO DETERMINE BREMSSTRAHLUNG SPECTRA FROM ATTENUATION DATA (RADIATION, X-RAY, SPECTRAL MODELING)

Every x-ray attenuation curve inherently contains all the information necessary to extract the complete energy spectrum of a beam. To date, attempts to obtain accurate spectral information from attenuation data have been inadequate.^ This investigation presents a mathematical pair model, grounded in physical reality by the Laplace Transformation, to describe the attenuation of a photon beam and the corresponding bremsstrahlung spectral distribution. In addition the Laplace model has been mathematically extended to include characteristic radiation in a physically meaningful way. A method to determine the fraction of characteristic radiation in any diagnostic x-ray beam was introduced for use with the extended model.^ This work has examined the reconstructive capability of the Laplace pair model for a photon beam range of from 50 kVp to 25 MV, using both theoretical and experimental methods.^ In the diagnostic region, excellent agreement between a wide variety of experimental spectra and those reconstructed with the Laplace model was obtained when the atomic composition of the attenuators was accurately known. The model successfully reproduced a 2 MV spectrum but demonstrated difficulty in accurately reconstructing orthovoltage and 6 MV spectra. The 25 MV spectrum was successfully reconstructed although poor agreement with the spectrum obtained by Levy was found.^ The analysis of errors, performed with diagnostic energy data, demonstrated the relative insensitivity of the model to typical experimental errors and confirmed that the model can be successfully used to theoretically derive accurate spectral information from experimental attenuation data. ^

Inverse bremsstrahlung absorption in spherical laser targets

Inverse bremsstrahlung has been incorporated into an analytical model of the expanding corona of a laser-irradiated spherical target. Absorption decreases slowly with increasing intensity, in agreement with some numerical simulations, and contrary to estimates from simple models in use up to now, which are optimistic at low values of intensity and very pessimistic at high values. Present results agree well with experimental data from many laboratories; substantial absorption is found up to moderate intensities,say below IOl5 W cm-2 for 1.06 pm light. Anomalous absorption, wher, included in the analysis, leaves practically unaffected the ablation pressure and mass ablation rate, for given absorbed intensity. Universal results are given in dimensionless fom.

Emissione di Bremsstrahlung e applicazioni astrofisiche

Emissione di Bremsstrahlung e applicazioni astrofisiche

Evaluating laser-driven Bremsstrahlung radiation sources for imaging and analysis of nuclear waste packages

A small scale sample nuclear waste package, consisting of a 28 mm diameter uranium penny encased in grout, was imaged by absorption contrast radiography using a single pulse exposure from an X-ray source driven by a high-power laser. The Vulcan laser was used to deliver a focused pulse of photons to a tantalum foil, in order to generate a bright burst of highly penetrating X-rays (with energy >500 keV), with a source size of <0.5 mm. BAS-TR and BAS-SR image plates were used for image capture, alongside a newly developed Thalium doped Caesium Iodide scintillator-based detector coupled to CCD chips. The uranium penny was clearly resolved to sub-mm accuracy over a 30 cm2 scan area from a single shot acquisition. In addition, neutron generation was demonstrated in situ with the X-ray beam, with a single shot, thus demonstrating the potential for multi-modal criticality testing of waste materials. This feasibility study successfully demonstrated non-destructive radiography of encapsulated, high density, nuclear material. With recent developments of high-power laser systems, to 10 Hz operation, a laser-driven multi-modal beamline for waste monitoring applications is envisioned.

Emissione di Bremsstrahlung e applicazioni astrofisiche

Scopo di questo elaborato è studiare il processo di emissione di radiazione chiamato Bremsstrahlung, parola tedesca che letteralmente vuol dire radiazione di frenamento e che indica la radiazione emessa da una carica elettrica accelerata dal campo coulombiano di un’altra carica. L’emissione di Bremsstrahlung avviene nel continuo e interessa un ampio intervallo di lunghezze d’onda, che va dalle onde radio fino ai raggi γ. Nel capitolo 1 tratteremo sia la radiazione prodotta da un singolo evento, sia quella prodotta da un plasma reale. Successivamente, ci concentreremo sulla Bremsstrahlung termica, approfondendo anche la questione dell’autoassorbimento e della brillanza di Bremsstrahlung. Il capitolo si chiude con la descrizione della Bremsstrahlung relativistica. Nel capitolo 2 descriveremo invece alcuni oggetti astrofisici in cui la Bremsstrahlung gioca un ruolo importante (il mezzo interstellare e le regioni HII, il mezzo intracluster) e concluderemo accennando al ruolo che questo processo radiativo ha nelle cascate elettromagnetiche nell’atmosfera terrestre che consentono lo studio dei raggi γ.

Observation of double electron-positron pair production by gamma rays reexamined

An experiment was conducted to observe triple- and quadruple-escape peaks, at a photon energy equal to 6.128 MeV, in the spectra recorded with a high-purity Ge detector working in coincidence with six bismuth germanate detectors. The peak intensities may be explained having recourse to only the bremsstrahlung cascade process of consecutive electron-positron pair creation; i.e., the contribution of simultaneous double pair formation (and other cascade effects) is much smaller. The experimental peak areas are in reasonably good agreement with those predicted by Monte Carlo simulations done with the general-purpose radiation-tran sport code PENELOPE.

Electromagnetic radiation initiated by hadronic jets from microquasars in the ISM

Microquasars are potential candidates to produce a non-negligible fraction of the observed galactic cosmic rays. The protons accelerated at the jet termination shock interact with the interstellar medium and may produce detectable fluxes of extended emission at different energy bands: high-energy and very high-energy gamma-rays produced by neutral pion-decay, synchrotron and bremsstrahlung emission in a wide energy range generated by the secondary electrons produced by charged pion-decay. We discuss the association between this scenario and some of the unidentified EGRET sources in the galactic plane.

Parity violation in Aharonov-Bohm systems: The spontaneous Hall effect

We show how macroscopic manifestations of P (and T) symmetry breaking can arise in a simple system subject to Aharonov-Bohm interactions. Specifically, we study the conductivity of a gas of charged particles moving through a dilute array of flux tubes. The interaction of the electrons with the flux tubes is taken to be of a purely Aharonov-Bohm type. We find that the system exhibits a nonzero transverse conductivity, i.e., a spontaneous Hall effect. This is in contrast to the fact that the cross sections for both scattering and bremsstrahlung (soft-photon emission) of a single electron from a flux tube are invariant under reflections. We argue that the asymmetry in the conductivity coefficients arises from many-body effects. On the other hand, the transverse conductivity has the same dependence on universal constants that appears in the quantum Hall effect, a result that we relate to the validity of the mean-field approximation.