据中国原子能科学研究院5月13日报道，近日，中国原子能科学研究院与北京师范大学、美国圣母大学、南方科技大学、锦屏深地前沿科学及暗物质四川省重点实验室、西安交通大学合作，对12C+12C(碳-碳)熔合反应的天体物理S因子开展实验研究，在国际上首次通过逆运动学厚靶方法，实现复合核24Mg*(处于激发态的镁-24)全衰变道的实验研究，为12C+12C熔合反应研究贡献关键实验数据，向解开长期困扰核天体物理学家的12C+12C熔合反应问题迈出重要一步。研究结果在国际物理学知名期刊Physics Letters B (《物理快报B》)发表，文章第一作者为原子能院博士研究生南威克，通讯作者为原子能院研究员王友宝、柳卫平，北京师范大学研究员苏俊。
12C+12C熔合反应在大质量恒星演化、Ia型超新星爆发、超级X-射线暴(简称超暴)等诸多天体事件中起到关键作用。这种融合反应发生在一个特殊的核天体能量窗口——伽莫夫窗口，这里反应概率虽然很小，却可以决定恒星的最终命运。因此，12C+12C 熔合反应与12C(a, g)16O圣杯反应、13C(a, n)16O中子源反应，被认为是核天体物理领域最重要的三个反应。可以说，12C+12C熔合反应是理解宇宙演化的一把关键钥匙。
然而，由于12C+12C熔合反应具有能级密度高、能级结构复杂的特点，大量直接测量实验都无法给出伽莫夫窗口能区的天体物理S因子和反应率，因此科学家亟需探索新的实验方法以获得12C+12C熔合反应关键信息。
研究团队使用的实验装置效果图
在此次研究中，原子能院核天体物理创新团队与串列加速器运行团队高度协作，利用HI-13串列加速器，采用23Na+p(钠-23与质子反应)厚靶逆运动学方法，对12C+12C熔合反应相关的复合核24Mg*进行核能级性质的研究，并基于对24Mg*衰变发射的γ射线、质子、α粒子的同时测量，实现了γ-p、γ-α符合谱学，成功鉴别出相关基态、激发态，以及发射α粒子的不同衰变道。研究团队获得了相关反应道的激发函数，发现了复合核24Mg*有关激发能区复杂的共振能级结构，提取了复合核详细的共振参数，并成功给出了12C+12C熔合反应的天体物理S因子及其不确定度范围。实验得到的天体物理S因子与其它来源的数据比较此研究获国家重点研发计划、国家自然科学基金和中核集团核技术创新联合基金、中核集团人才科学基金、财政部稳定支持研究经费等项目支持。
