據(jù)中國(guó)原子能科學(xué)研究院5月13日?qǐng)?bào)道，近日，中國(guó)原子能科學(xué)研究院與北京師范大學(xué)、美國(guó)圣母大學(xué)、南方科技大學(xué)、錦屏深地前沿科學(xué)及暗物質(zhì)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、西安交通大學(xué)合作，對(duì)¹²C+¹²C（碳-碳）熔合反應(yīng)的天體物理S因子開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究，在國(guó)際上首次通過(guò)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)厚靶方法，實(shí)現(xiàn)復(fù)合核²⁴Mg*（處于激發(fā)態(tài)的鎂-24）全衰變道的實(shí)驗(yàn)研究，為¹²C+¹²C熔合反應(yīng)研究貢獻(xiàn)關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，向解開(kāi)長(zhǎng)期困擾核天體物理學(xué)家的12C+12C熔合反應(yīng)問(wèn)題邁出重要一步。研究結(jié)果在國(guó)際物理學(xué)知名期刊Physics Letters B （《物理快報(bào)B》）發(fā)表，文章第一作者為原子能院博士研究生南威克，通訊作者為原子能院研究員王友寶、柳衛(wèi)平，北京師范大學(xué)研究員蘇俊。

¹²C+¹²C熔合反應(yīng)在大質(zhì)量恒星演化、Ia型超新星爆發(fā)、超級(jí)X-射線暴（簡(jiǎn)稱超暴）等諸多天體事件中起到關(guān)鍵作用。這種融合反應(yīng)發(fā)生在一個(gè)特殊的核天體能量窗口——伽莫夫窗口，這里反應(yīng)概率雖然很小，卻可以決定恒星的最終命運(yùn)。因此，¹²C+¹²C 熔合反應(yīng)與¹²C(a, g)¹⁶O圣杯反應(yīng)、¹³C(a, n)¹⁶O中子源反應(yīng)，被認(rèn)為是核天體物理領(lǐng)域最重要的三個(gè)反應(yīng)。可以說(shuō)，¹²C+¹²C熔合反應(yīng)是理解宇宙演化的一把關(guān)鍵鑰匙。

然而，由于¹²C+¹²C熔合反應(yīng)具有能級(jí)密度高、能級(jí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，大量直接測(cè)量實(shí)驗(yàn)都無(wú)法給出伽莫夫窗口能區(qū)的天體物理S因子和反應(yīng)率，因此科學(xué)家亟需探索新的實(shí)驗(yàn)方法以獲得¹²C+¹²C熔合反應(yīng)關(guān)鍵信息。

研究團(tuán)隊(duì)使用的實(shí)驗(yàn)裝置效果圖

在此次研究中，原子能院核天體物理創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與串列加速器運(yùn)行團(tuán)隊(duì)高度協(xié)作，利用HI-13串列加速器，采用²³Na+p（鈉-23與質(zhì)子反應(yīng)）厚靶逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方法，對(duì)¹²C+¹²C熔合反應(yīng)相關(guān)的復(fù)合核²⁴Mg*進(jìn)行核能級(jí)性質(zhì)的研究，并基于對(duì)24Mg*衰變發(fā)射的γ射線、質(zhì)子、α粒子的同時(shí)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了γ-p、γ-α符合譜學(xué)，成功鑒別出相關(guān)基態(tài)、激發(fā)態(tài)，以及發(fā)射α粒子的不同衰變道。研究團(tuán)隊(duì)獲得了相關(guān)反應(yīng)道的激發(fā)函數(shù)，發(fā)現(xiàn)了復(fù)合核²⁴Mg*有關(guān)激發(fā)能區(qū)復(fù)雜的共振能級(jí)結(jié)構(gòu)，提取了復(fù)合核詳細(xì)的共振參數(shù)，并成功給出了12C+12C熔合反應(yīng)的天體物理S因子及其不確定度范圍。實(shí)驗(yàn)得到的天體物理S因子與其它來(lái)源的數(shù)據(jù)比較此研究獲國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和中核集團(tuán)核技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)合基金、中核集團(tuán)人才科學(xué)基金、財(cái)政部穩(wěn)定支持研究經(jīng)費(fèi)等項(xiàng)目支持。