基于HI-13串列加速器的核天体物理研究

中国原子能科学研究院核天体物理研究组在HI-13串列加速器核物理国家实验室建成了我国首条低能放射性次级束流线，产生了从⁶He到²²Na等11种放射性核束，利用这些放射性束流通过测量逆运动学转移反应开展了一系列核天体物理重要反应的研究，另外还通过厚靶实验方法和电荷交换反应开展了天体物理相关重要核结构信息的研究。在串列加速器Q3D磁谱仪上，利用稳定束测量了许多单核子转移和α基团转移的角分布，基于渐进归一化系数(Asymptotic Normalization Coefficient,ANC)或谱因子方法得到了一系列天体物理关键反应的天体物理S因子和反应率，为元素丰度、天体模型等相关研究提供了重要实验依据。     

37 ^9Be（P，α）^6Li核反应截面的间接测量

核反应^9Be（P，α）^6Li在天体能区的裸核反应截面测量对核天体物理中大爆炸核合成及恒星核合成的机制研究具有非常重要的意义。然而，由于低能带电粒子核反应中库仑位垒和电子屏蔽效应的影响，直接测量^9Be（P，α）^6Li在低能区的截面非常困难。为此，本工作使用基于准自由反应机制的特洛伊木马方法对其进行间接研究。     

44 利用ANC方法间接确定天体物理反应^26Si（p，γ）^27P的反应率

^26Al衰变放出能量为1．809MeV的γ射线，该射线在诸如新星、X射线爆炸等天体物理事件中是一个极好的观测量。^26Al主要通过反应链^24Mg（p，γ）^25Al（β^＋）^26Mg（p，γ）^26Al合成，然而^26Al的合成由于其短寿命（T1/2=6．34s）同质异能态的存在而变得复杂。^26Si（p，γ）^27P能跨越^26Al的主要产生链，是其合成过程中的重要反应之一。     

^8Li（p，d）^7Li角分布的测量

^8Li（p，d）^7Li是大爆炸原初核合成非标准模型和r过程种子核合成反应网络中的关键反应。在非标准模型中，A=8处稳定核空隙可以通过^4He（t，γ）^7Li（n，γ）^8Li（α，n）^11B（n，γ）^12B（e-v）^12C…、^8Li（α，n）^9Li（e-v）^9Be（n，γ）^10Be（e-v）^10B（n，γ）^11B（n，γ）^12B（e-v）^12C…等一系列反应链跨越过去，从而使核合成的反应能够向更重的核区发展。     

特洛伊木马方法间接测量9Be（p，α）6Li核反应截面与直接测量结果的比较

核反应9Be（p,α）6Li在天体能区的裸核反应截面测量对核天体物理中大爆炸核合成及其恒星核合成的机制研究具有极其重要的意义。然而,由于低能带电粒子核反应中库仑位垒核电子屏蔽效应的影响,直接测量9Be（p,α）6Li在低能区的截面非常困难。     

特洛伊木马方法间接研究^9Be（p，α）^6Li核反应截面的探测器刻度

核反应^9Be（p，α）^6Li在天体能区的裸核反应截面测量对核天体物理中大爆炸核合成及其恒星核合成的机制研究具有非常重要的意义。然而，由于低能带电粒子核反应中库仑位垒和电子屏蔽效应的影响，直接测量。Be（p，α）^6Li在低能区的截面非常困难。     

^22Na次级束的产生

高温NeNa-MgAl反应链及紧接着的反应流中包括一系列入射道有丰质子放射性核的反应，^22Na处于印过程的路径上，其（p，γ）反应率对核合成的时标和Fe—Ni区核素的产生有重要影响。在新星爆发阶段合成的元素中，^22Na备受关注。^22Na的半衰期为2．6a，可能是新星和超新星爆发产生的，     

高纯度^6He次级束的产生

核天体物理是核物理与天体物理的重要交叉学科，通过核物理实验、天体物理反应网络计算与天文观测结合，可得出元素合成、星体演化和能量产生的规律。在天体演化过程中，大量放射性核素的反应和衰变卷入其中，由于缺乏实验数据，理论计算有数量级的差别，很难满足核天体反应网络计算的要求。因此，基于放射性离子束的核天体物理实验研究成为国际核物理研究的热点。     

利用镜像核转移反应研究短寿命不稳定核（p，γ）反应

在高温高密度的天体环境中，丰质子不稳定核的质子俘获反应率可能接近或超过其β＋衰变的速率，在爆发性氢燃烧过程中起主导作用。确定这些天体物理重要反应的截面对于核物理和核天体物理都是一个巨大的挑战。     

特洛伊木马方法研究^9Be（p，α）^6Li反应截面的运动学粒子鉴别与准自由条件选择

核反应^9Be（p，α）^6Li在天体能区的裸核反应截面测量对核天体物理中大爆炸核合成及其恒星核合成的机制研究具有重要意义。然而，由于低能带电粒子核反应中库仑位垒和电子屏蔽效应的影响，直接测量^9Be（p，α）^6Li在低能区的截面非常困难。为此，本工作使用基于准自由反应机制的特洛伊木马方法川对其进行间接研究。     

某些镜像核中同位旋相似态的晕结构

使用渐近归一化系数（ANC）方法,由转移反应数据中抽取出镜像核21Ne与21Na以及17O与17F的2S1/2同位旋相似态中最后一个核子的均方根半径,结果列于表1。21Na和17F的2S1/2单质子态的均方根半径（5.2fm和5.0fm）几乎是它们的核心半径的2倍（20Ne为2.88fm,16O为2.71fm）,因而是质子晕态。它们的镜像核21Ne及17O中的同位旋相似态可看作中子皮态,其中,最后一个中子都有1/3左右的概率（D1）超出核相互作用半径,此时,核子对均方根半径的贡献为D2。在一对镜像核中同位旋相似态半径之间的明显差异表明,中子与质子结合能     

42 ^10C次级束的产生

根据重子密度不均匀的非标准模型，核合成可以在相对丰质子的高密度区和相对丰中子的低密度区中进行，许多不稳定核引起的反应非常重要。图1示出大爆炸原初核合成反应网络的一部分，涉及^10C的核反应对原初核合成的研究具有重要的意义。滴线附近核素主要靠稳定核之间复杂的反应产生，而利用放射性核反应产生的过程就简单很多.     

38 ^8Li（d，p）^9Li天体物理反应率的研究

大爆炸原初核合成的标准模型假定重子密度均匀分布，已经成功预测了直到^7Li的原初核合成，并预言仅能合成极少量的重核素，主要是由于没有A=8的稳定核。在重子密度不均匀的非标准原初核合成模型中，该稳定核空隙可通过包含有不稳定核的反应跨越过去，使核合成的反应流延伸到更重的核区，从而预测了^7Li以上核素有更高的丰度。     

核天体反应网络方程

核天体反应网络方程描述大体演化过程中的元素核合成及能量的释放。动态的核天体反应网络方程还包括天体演化过程中的热力学、流体动力学等,例如温度和密度的变化及等离子体的对流及物质的抛出等。静态方程用于处理特定温度和密度下核素丰度的变化和能量的释放,是分析天体核反应网络和反应率的重要工具。国际上,在这方面的研究已取得较大进展,但是因为其敏感性,这些程序不开放。     

恒星中子源~(13)C(α,n)~(16)O反应的研究

13 C(α,n)16 O是渐进巨星支(AGB)星中慢速中子俘获(s)过程的主中子源反应,而17 O 6.356 MeV1/2+阈下共振对13 C(α,n)16 O反应影响很大。本文使用HI-13串列加速器和Q3D磁谱仪,首次测量了13C(11B,7Li)17 O转移反应角分布,确定了影响13C(α,n)16 O反应最关键、最不确定的17 O(Ex=6.356MeV)阈下共振态的α宽度,从而得出天体物理能区13 C(α,n)16 O反应的天体物理S因子和反应率,澄清了国际上已有S因子数据间高达25倍的巨大分歧。AGB星s过程核合成网络计算表明:新反应率数据导致恒星中铅的丰度增加了25%。     

41 ^11C（p，g）^12N的核天体反应率以及^3He至CNO的转换

核合成链^3He（a，γ）^7Be（a，γ）^11C（p，γ）^12N到CNO循环可能是另外一条途径替代^3He经由3^4He→^12C到CNO。这一点在某些特定的天体环境中显得很重要，例如贫金属的大质量星。其作用的大小，决定于它所包含的核反应的反应率，其中重要的是^11C的质子俘获反应与其β衰变的竞争。^11C（p，γ）^12N的直接俘获的核天体S因子在我们以前的工作中用实验进行了测量。     

^130Ce的电磁跃迁率和形变特性

质量数A=130附近的轻稀土核处在形变区,具有容易产生三轴形变的特点。对该质量区偶Ce同位素高自旋态的寿命测量表明,这些核的约化跃迁几率B（E2）随自旋增大而减小,并在回弯区达到最小[1～3]。包括粒子-转子模型在内的一些理论计算[4,5]都能很好地描述这些核的回弯特性,并成功地预言了B（E2）在回弯附近出现最小值。然而,130Ce却在12 态显示出异常高的B（E2）值[6]。这一现象令人无法理解,任何理论计算都不能再现这个极高B（B）值,这向核结构理论提出了挑战。因此,重新测量这个核回弯区的能级寿命,澄清这一异常     

利用镜像核转移反应研究短寿命不稳定核(p,γ)反应

介绍利用中子转移反应和镜像核的电荷对称性来间接研究丰质子核的(p,γ)反应。该方法有助于更充分地利用北京HI-13串列加速器次级束流线(GIRAFFE)上现有次级束流，拓宽其实验研究范围，间接得出质子辐射俘获截面（或反应率）且减小其不确定性（相对于已有数据）。在GIRAFFE上利用逆运动学测量了⁸Li(d,p)⁹Li反应的角分布，通过该方法间接确定了天体物理重要反应⁸B(p,γ)⁹C的直接俘获贡献。作为不同于以往的方法，给⁸B(p,γ)⁹C反应的现有研究结果提供了一独立的交叉检验。分析²⁶Mg(d,p)²⁷Mg反应基态、第一、第二激发态的角分布，间接确定²⁶Si(p,γ)²⁷P反应的直接和共振俘获贡献，首次从实验上导出²⁶Si(p,γ)²⁷P反应的直接俘获贡献。此方法也可以用于其它一系列重要的天体物理反应的研究。     

40 次级束共振散射反应的厚靶实验方法

天体环境下的爆发性氢燃烧过程涉及大量不稳定核。作为天体物理模型的关键输入量，其反应率对于反应网络计算关系重大。在天体温度相对应的能量区间，氢燃烧主要以质子辐射俘获的方式，即A（p，γ）B反应进行。反应率主要由布居末态核基态的直接俘获和阈附近能级的共振俘获过程决定。直接测量（p，γ）反应通常需要高流强、低能量（0．5～1．0MeV／u）的放射性核束和无窗氢气体靶，在现有技术条件下难度较大。     

^11C（p.γ）^12N反应的天体物理S—因子和反应率的计算

利用辐射俘获反应理论以及ANC方法,并结合中国原子能科学研究院核物理所实验小组利用11C（d,n）12N反应抽取出来的ANC系数计算了11C（p,γ）12N反应的天体物理S-因子,理论计算给出ANC2/S（0）=0.0181,再由ANC实验值得到S（0）=（0.190±0.080）×10-25eV·m2。并且计算了12N的2-态和2 共振能级对S-因子的贡献,得到Sres（0）=10-29　eV·m2。 另外,基于我国和国外实验截面数据进行了天体等离子体11C（p,γ）12N反应率的理论计