近日，中国科学院近代物理研究所高功率靶室研究团队在镧系核素镨-141光中子反应截面与热核反应率高精度测量研究中取得新进展。研究成果以“Direct determination of the astrophysical reaction rate of 141Pr(γ,n)140Pr at the SSRF-SLEGS”为题发表在《天文学与天体物理学》(Astronomy & Astrophysics)上。
研究团队依托上海同步辐射光源(SSRF)的激光伽马光束线站(SLEGS)，基于环比中子方法，应用4π平坦效率的3He中子探测器阵列(FED)，在9.5MeV至17 MeV能区内开展了141Pr(γ,n)反应截面的直接高精度测量。基于实验获得的截面数据，团队给出了天体物理p-过程关键温度点T9=2.5处，以及0.2≤T9≤10范围内的141Pr(γ,n)的光核反应率推荐值。SLEGS线站截面测量中宽广的能区覆盖以及高精度的截面测量能力，确保了141Pr(γ,n)天体物理反应率的准确性。该工作为天体物理p-核136,138Ce的核合成研究、基于裂变产物141Pr的热堆和快堆核燃料燃耗监测，以及电子加速器通过141Pr(γ,n)反应制备医用同位素140Pr提供了关键的核物理输入量与反应截面数据。
天体物理中的p-过程，是通过光核反应与少量质子俘获反应将预先由s-/r-过程形成的种子核，向着偏离稳定线的富质子区演化，最终形成约35种低丰度、缺中子稳定p-核的一系列核反应网络。核心坍缩的超新星激波加热区与Ia型超新星的富氧/氖层是p-过程主要的产生场所，通常的反应温度高达2.5×109 K(T9=2.5)。由于在恒星或超新星遗迹中缺乏直接的天文观测证据，目前p-核的核合成过程主要依赖理论模型进行研究，研究的不确定性主要源于核反应网络中的光核反应速率等关键核物理输入量。
本工作由中国科学院近代物理研究所、中国科学院上海高等研究院、中山大学、南华大学、复旦大学与华东师范大学共同完成。论文第一作者为近代物理所与中山大学联合培养的硕士研究生胡竣恒，通讯作者为近代物理所安振东研究员以及上海高等研究院的郝子锐与范功涛研究员。该研究工作得到了中国科学院青年人才项目、国家自然科学基金、广东省自然科学基金的资助。
图：SLEGS线站光核反应实验布局以及141Pr(γ,n)反应率的综合比较
