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(wú)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(cè)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(duì)質(zhì)量數(shù)為70～200范圍內(nèi)30多個(gè)低豐度的富質(zhì)子原子核(p核)的來(lái)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(gè)重要環(huán)節(jié)。
當(dāng)前研究認(rèn)為p原子核主要通過(guò)γ過(guò)程來(lái)產(chǎn)生。這個(gè)核合成過(guò)程發(fā)生的典型溫度約為20-30億度，可能的天文場(chǎng)所包括II型超新星的富氧-/氖層以及Ia型超新星。γ過(guò)程涉及約2000個(gè)不穩(wěn)定原子核，上萬(wàn)個(gè)光解核反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)測(cè)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(lái)預(yù)測(cè)。
近年來(lái)，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(cè)量。鏑元素有7個(gè)天然同位素，開(kāi)展質(zhì)子俘獲測(cè)量時(shí)，相鄰?fù)凰氐?p, γ）和(p, n）反應(yīng)道產(chǎn)物相同，導(dǎo)致無(wú)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(guó)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(shí)亞微安級(jí)束流強(qiáng)度的采樣方法，在低本底屏蔽系統(tǒng)中，通過(guò)高精度測(cè)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(duì)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(gè)數(shù)量級(jí)。詳細(xì)的核合成模擬表明，此截面測(cè)量精度足以用于開(kāi)展γ過(guò)程的模擬計(jì)算。
本工作得到了國(guó)家自然基金委大科學(xué)裝置聯(lián)合基金、優(yōu)青、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。
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