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世界最强流深地加速器首批成果发布:我国核天体物理研究达国际先进

2021-12-19 11:22     来源:中核集团     核天体物理 核物理
12月18日,我国首个深地核天体物理实验项目——锦屏深地核天体物理实验首批实验成果发布会在京举行。首批发布4个核天体物理关键反应实验研究,测量灵敏度和统计精度均高于国际同类装置水平,达到国际核天体物理直接测量的最大曝光量、最宽能量范围和最高灵敏度;标志着我国核天体物理实验研究步入国际先进行列,我国成为世界上第三个具备开展深地核天体物理研究的国家。


美国核天体物理联合会前主席迈克尔·威彻,欧洲射线天体物理实验室负责人罗兰·戴尔、日本国家天文台尾野敏贵分别发来视频祝贺和肯定。中国科学院院士张焕乔、詹文龙、林海青、高原宁、邹冰松、王赤、蔡荣根、赵红卫,国际原子能机构前副总干事杨大助,中国核学会副理事长赵军以及来自中科院、国家自然科学基金委、中核集团、清华大学、北京大学、北京师范大学、上海交通大学、原子能院等单位代表见证成果发布。

成果一:25Mg(p,γ)26Al反应取得国际最高精度测量

上世纪八十年代天文观测在银河系星际介质中发现大量26Al,含量约为3倍太阳质量。而26Al寿命不到一百万年,早期产生的26Al已经消亡殆尽,银河系中如此多的26Al的来源成为天体物理关注热点。

25Mg(p,γ)26Al反应是恒星中产生26Al的关键反应。25Mg(p,γ)26Al作为产生 26Al的关键反应对解释26Al的来源问题具有重要意义。JUNA实验实现了该反应中起决定作用的92keV共振国际最高精度测量,实验结果作为国际物理学顶级期刊《科学通报》封面成果发表。

成果二:19F(p,αγ)16O取得国际最精确反应率数据

19F(p,αγ)16O是AGB星演化中的关键问题。目前天文观测发现AGB星中存在氟超丰现象,氟的丰度比太阳系要高几十甚至上百倍,标准恒星模型无法解释这种现象。19F(p,αγ)16O反应的精确测量将有助于解决氟超丰问题。JUNA的实验首次将测量范围拓展到天体物理能区,取得了国际上最精确的反应率数据,实验研究成果发表在国际物理学顶级期刊《物理评论快报》并获编辑推荐。

成果三:13C(α,n)16O反应首次完整覆盖天体物理i-过程能区

13C(α,n)16O反应是重要的中子源反应。比铁重的元素如何合成一直是核天体物理的最重要问题,现在知道大约有一半比铁重的元素是通过慢速中子俘获过程(s过程)形成。这一过程中的原料中子就是由13C(α,n)16O反应提供的。该反应的精确测量对于理解重元素的合成具有重要意义。JUNA实验测量的能量范围首次完整覆盖天体物理i-过程能区,澄清了过去直接测量数据3倍的分歧。

成果四:12C(α, γ)16O反应测量实现国际最高灵敏度

12C(α, γ)16O反应是核天体物理实验中最重要的反应,被誉为核天体物理的“圣杯”。一方面是由于该反应的重要性:直接决定了组成生命最重要的两种元素,碳和氧在宇宙中的比例;对上至铀的几乎所有核素的丰度都有重要的影响;决定了大质量恒星演化的最终命运。另一方面是因为该反应机制复杂,截面极低,实验测量非常困难。项目实验测量达到了国际最低能量,接近了天体物理能区,并且实现了反应测量的最高灵敏度,向摘取“圣杯”跨出重要一步。

延伸阅读

在浩瀚无垠的宇宙中,恒星经历着形成、演化、死亡的缓慢过程。这些星体发光发热的能量来自其内部发生的热核聚变反应,这不断发生的核过程为自然界所有化学元素提供了赖以生成的土壤。

核天体物理就是探索这一奇妙过程及其内在规律的学科,它主要运用核物理知识和规律阐释宇宙中各种化学元素及其同位素合成的过程、时间、物理环境及丰度分布,以及核过程对恒星结构及演化进程的影响。

核天体物理是基础科学研究的前沿领域之一。我国物理学长期发展规划中将核天体物理列为重要发展领域,而基于深地实验室的天体核反应测量能够提供最基础和精确的实验数据。

中国锦屏地下实验室位于四川省凉山州锦屏山,是目前世界上最深的地下实验室,垂直岩石覆盖达2400米。为更好开展核天体物理关键反应直接测量研究,中国原子能科学研究院牵头联合中科院近物所、北京师范大学等国内外优势力量,在中国锦屏地下实验室完成深地加速器安装运行。2020年12月26日,强流加速器成功出束,成为世界上最强流深地加速器,被习近平总书记赞誉为是“战略高技术领域取得新跨越”成果之一。
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