关于深地实验室核天体物理关键反应研究的重要进展

　　在国家自然科学基金项目（批准号：11490560、11490562、11825504）等资助下，北京师范大学何建军教授团队与国内外合作者利用中国锦屏深地核天体物理实验装置（JUNA），对关键核天体反应19F(p,αg)16O进行了反应截面的直接测量，将测量范围推进到世界最低能区。相关研究结果以“在最深的深地实验室对天体物理19F(p,ag)16O反应的直接测量（Direct Measurement of the Astrophysical 19F(p,ag)16O Reactionin the Deepest Operational Underground Laboratory）”为题，于2021年10月7日在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上以特色物理和编辑推荐的形式在线发布。

　　论文链接: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.127.152702。

　　JUNA实验装置安装在中国锦屏地下实验室，该深地实验室覆盖岩层厚达2400多米。JUNA实验团队研发了深地束流最强的400 kV加速器，建立了高效率大立体角的 BGO伽马射线、中子探测器及带电粒子探测器阵列。恒星平稳演化阶段热核反应的有效伽莫夫窗口远低于库仑势垒，反应截面极小，直接测量十分困难。深地实验室能够极大降低宇宙射线干扰，提供本底极低的测量环境，有利于开展稀有反应事件的精确测量和研究。

　　宇宙中氟元素的起源问题是一个重要科学问题，是核天体物理的一个重要研究方向。有理论认为AGB星是氟元素的主要合成场所，目前AGB星模型尚无法解释天文观测到的氟超丰现象。19F(p,αg)16O是AGB星中氟元素的主要消耗方式之一，它在伽莫夫能区（Ec.m. = 70~200 keV）的截面极低（大约在pb量级），由于宇宙射线本底的影响，人们一直无法对其进行直接测量。因此，对该反应的直接测量迫切需要在深地实验室进行。何建军教授带领科研团队经过艰苦攻关，成功研制出目前耐辐照能力最强的19F注入靶，利用锦屏加速器提供的强流质子束，成功将该反应从之前的198 keV一直向下推进至72.4 keV能量点，首次在AGB星感兴趣的伽莫夫能区获得了实验数据，并与国际同行开展了理论方面合作，降低了0.01 GK温度附近反应率的不确定度，极大地降低了该反应率在天体网络计算中引入的误差。

　　该实验结果对解释宇宙中氟超丰问题具有重要意义，开启了利用JUNA进行核天体物理研究的新阶段。

图1 地面与深地实验室所获伽马射线谱的对比

图2 19F(p,αg)16O反应的天体物理S因子