用α集团转移反应研究12C(α,γ)16O天体物理S因子

12C(α,γ)16O is one of the key reactions in stellar He-burning, which affects the synthesis of the elements heavier than carbon and affects the evolution and fate of massive stars. Although this reaction has been extensively investigated via many experimental methods, the precision of its rate only reached about 40% significantly larger than that (<10%) required by the model of stellar evolution. The most important contributions to the 12C(α,γ)16O reaction rate are two subthreshold resonances via the 7.117 MeV 1? and 6.917 MeV 2+ levels in 16O. This project will study the 12C(α,γ)16O reaction with very small cross sections at low energies of astrophysical relevance by using the transfer reaction with larger cross sections. The angular distribution of the 12C(11B,7Li)16O reaction leading to the 7.117 MeV 1? and 6.917 MeV 2+ levels in 16O will be measured using tandem accelerator and high-precision magnetic spectrograph, and then used to determine the reduced α-width of two subthreshold resonances to understand the discrepancy of up to a factor of 4-5 in the preexisting results. The astrophysical S-factors and rate of the 12C(α,γ)16O reaction will be derived finally.

12C(α,γ)16O是恒星氦燃烧中最关键的核反应之一，它影响碳以上的元素合成和大质量恒星的演化及命运。尽管国际上已通过各种实验方法对该反应开展了广泛测量，但反应率的精度仅达到~40%，未能满足恒星演化模型对其精度的要求（<10%）。影响12C(α,γ)16O反应率精度的最大因素是7.117 MeV 1- 和6.917 MeV 2+的两个阈下共振。 本项目将采用截面较大的转移反应替代天体低能区截面极小的(α,γ)反应的研究思路。使用串列加速器和高精度磁谱仪，精确测量α集团转移反应12C(11B,7Li)16O布居16O的7.117 MeV 1- 和6.917 MeV 2+两个阈下共振态的角分布，进而确定12C(α,γ)16O反应中两条阈下共振的约化α宽度，研究并理解原先(6Li,d)和(7Li,t)给出的结果间4-5倍的分歧，最终给出12C(α,γ)16O反应的天体物理S因子和反应率。

12C(α, γ)16O反应在质量大于0.55倍太阳质量的恒星演化中起到的关键作用，被誉为圣杯反应。该反应在伽莫夫窗口（Ec.m.=300 keV，T9=0.2）内的反应截面极小（仅约10^-17靶），因此现有的实验技术无法实现在地面实验室对该反应的直接测量。到目前为止，该反应在伽莫夫窗口内的反应截面均为通过对高能段数据进行理论外推获得。然而，位于7.117 MeV和6.917 MeV处的两个阈下共振的存在导致理论外推变得非常复杂。在本工作中，我们通过测量和分析12C(11B, 7Li)16O转移反应，对12C(α, γ)16O反应的6.917 MeV阈下共振进行了研究。实验在HI-13串列加速器上进行，利用Q3D磁谱仪对反应产物进行分析。我们对12C(11B, 7Li)16O6.917的反应截面角分布进行了测量，并基于FRDWBA分析，得到了16O 6.917 MeV激发态的渐进归一化系数（ANC）为 (1.10 ± 0.29) ×10^10 fm^-1，并进一步计算出其约化α宽度在道半径取6.5 fm时为18.0 ± 4.7 keV。最终，我们导出12C(α, γ)16O反应的天体物理SE2(300) 因子为46.2 ± 7.7 keV b。该工作验证了之前大量直接和间接测量的结果，为12C(α, γ)16O反应率这一核天体物理关键数据提供了一个独立检验。.在项目资助下，共发表SCI文章4篇（1篇Physical Review C、2篇Chinese Physics C、1篇SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy）、国际会议文章1篇（EPJ conference series，OMEG2015国际会议）、核心文章1篇（科学通报）；培养了博士研究生1名、硕士研究生1名。