近日，物理學(xué)院核物理實驗團隊在《The Astrophysical Journal》期刊在線發(fā)表了題目為“Measurements of 160Dy(p,γ) at Energies Relevant for the Astrophysical γ Process”的論文。博士生程浩為第一作者，孫保華教授、竺禮華教授、鄭云研究員為通訊作者。論文鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac00b1。
現(xiàn)代的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，恒星產(chǎn)生了構(gòu)成生命的主要元素，如碳和氧等，但是比鐵更重的元素（即超鐵元素），如金、鉑、鈾等，卻無法在恒星內(nèi)部產(chǎn)生。由于原子核物理實驗與天文觀測技術(shù)的限制，超鐵元素的起源仍有許多不確定性，尤其是對質(zhì)量數(shù)為70～200范圍內(nèi)30多個低豐度的富質(zhì)子原子核(p核)的來源了解甚少。雖然這些p核的豐度(即它們占宇宙中總原子數(shù)的比例)很小，研究它們的起源是探索宇宙演化中不可或缺的一個重要環(huán)節(jié)。
當(dāng)前研究認為p原子核主要通過γ過程來產(chǎn)生。這個核合成過程發(fā)生的典型溫度約為20-30億度，可能的天文場所包括II型超新星的富氧-/氖層以及Ia型超新星。γ過程涉及約2000個不穩(wěn)定原子核，上萬個光解核反應(yīng)，實驗測量難度大，絕大多數(shù)的核反應(yīng)不得不借助統(tǒng)計理論模型來預(yù)測。
近年來，北航團隊關(guān)注了A=160質(zhì)量區(qū)關(guān)鍵p核（鏑-156，鏑-158和鏑-160）的實驗截面測量。鏑元素有7個天然同位素，開展質(zhì)子俘獲測量時，相鄰?fù)凰氐?p, γ）和(p, n）反應(yīng)道產(chǎn)物相同，導(dǎo)致無法提取分截面。為此，團隊選用了兩種不同豐度的鏑同位素靶，首次成功得到了鏑同位素上的質(zhì)子俘獲反應(yīng)截面。
實驗在中國原子能科學(xué)研究院2×1.7MeV及H1-13的串列加速器裝置上完成。團隊設(shè)計了具有法拉第筒功能的真空靶室，發(fā)展了實時亞微安級束流強度的采樣方法，在低本底屏蔽系統(tǒng)中，通過高精度測量目標(biāo)產(chǎn)物核的特征伽馬射線，首次提取了3.4~7.0 MeV能量下160Dy(p, γ)161Ho、161Dy(p, n)161Ho的反應(yīng)截面。該實驗結(jié)果對核反應(yīng)統(tǒng)計模型提供了強有力的約束；計算了天體條件下161Ho(γ, p)160Dy光解反應(yīng)率，發(fā)現(xiàn)其與核合成計算中常用反應(yīng)率的差異可達1-2個數(shù)量級。詳細的核合成模擬表明，此截面測量精度足以用于開展γ過程的模擬計算。
本工作得到了國家自然基金委大科學(xué)裝置聯(lián)合基金、優(yōu)青、國家重點研發(fā)計劃等項目的支持。
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