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《The Astrophysical Journal》刊發(fā)北航科研團(tuán)隊(duì)在天體p過程中的實(shí)驗(yàn)成果

2021-07-14 北京航空航天大學(xué)新聞網(wǎng)

近日,物理學(xué)院核物理實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)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...

  近日,物理學(xué)院核物理實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)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(shí)驗(yàn)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(rèn)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(shí)驗(yàn)測量難度大,絕大多數(shù)的核反應(yīng)不得不借助統(tǒng)計(jì)理論模型來預(yù)測。

  近年來,北航團(tuán)隊(duì)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(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)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(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了具有法拉第筒功能的真空靶室,發(fā)展了實(shí)時亞微安級束流強(qiáng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果對核反應(yīng)統(tǒng)計(jì)模型提供了強(qiáng)有力的約束;計(jì)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(jì)算中常用反應(yīng)率的差異可達(dá)1-2個數(shù)量級。詳細(xì)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(jì)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(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。

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