凝聚态环境对超低能区Li+d/p反应的屏蔽效应及其机理研究

The cross section of light nuclear fussion reaction occurred in condensed matters in ultra-low energy region, would be enhanced remarkably due to the various environmental charges which affect the Coulomb barrier of interaction particles. This phenomenon (Screening Effect) is an active research subject currently, which might lead to further discussion on present astrophysical theory, and necessary modification of the fusion nuclear reaction theory and nuclear weapons designing. This proposal aims to research the screening effect of 6Li+d and 7Li+p reactions immersed in different environmental charges in ultra-low energy region (E <70 keV), to reveal the mechanism of screening effect by comparison. Thus, to simulate more accurately the complexity and particularity of various nuclear astrophysical processes, also to obtain the nuclear data in low energy region for nuclear fusion theory and nuclear weapon designing. The research content involves the influence of variety, phase and temperature of carrier material on screening effect, further to explore the individual contribution of each environmental charge (bound electron, conduction electron and ion) to the screening effect. That is namely the mechanism research of screening effect. Our research group invited professor J. Kasagi to join us, that would provide both technical and equipment support for this research. With the independent experiment device, our team has engaged in this field for a long time, thus a rich experience for this research has been accumulated.

在凝聚态环境中发生的超低能区轻核聚变反应，由于大量环境电荷的存在，反应核子间的库仑位垒将受到显著地影响，进而改变核反应截面。这一现象(屏蔽效应)可导致对现有天体核物理理论的再认识和对核聚变理论及核武器设计的必要修正，是目前国际热点研究课题之一。本工作旨在研究不同环境电荷对超低能区(E<70 keV)6Li+d和7Li+p反应的屏蔽效应，通过比较屏蔽势差异揭示屏蔽效应的机理，进而更准确地描述恒星等离子体环境中的物质嬗变过程，并为核聚变、核武器研究提供超低能区的核数据。研究内容涉及载体材料的种类、物相、温度等因素对屏蔽效应的影响，在此基础上探索不同环境电荷(束缚电子、传导电子和重离子)对屏蔽效应的贡献，即屏蔽效应的机理研究。本课题邀请该领域知名教授J. Kasagi参与，为本课题提供技术和设备支持。本研究团队拥有自主实验装置，并长期从事该领域的研究工作，为本研究工作积累了丰富的经验。

低能轻核聚变反应测量在天体核物理、核能利用和核物理基础理论研究等领域都有非常重要的意义。然而需要关注的能区极低，反应截面小且受环境干扰，所以实验测量难度很大。本工作主要利用低能强流加速器，同时累积束流时间的办法，实验直接测量其反应截面，以及研究相应的环境干扰因素和机理。. 课题研究了不同环境电荷对超低能区(E<70 keV)6Li+d 和7Li+p 反应的屏蔽效应，通过比较分析了屏蔽势差异初步揭示屏蔽效应的机理，进而类比描述恒星等离子体环境中的屏蔽效应对反应速率的影响。同时，锂相关的反应数据可为核聚变、核武器研究提供超低能区的核数据。. 研究内容涉及载体材料的种类、物相、温度等因素对屏蔽效应的影响。材料种类：实验中我们选取了金属锂材料，氟化锂材料和硝酸锂材料；材料物相：固态锂/液态锂，固态硝酸锂/液态硝酸锂，以及作为对比的固态氟化锂；锂材料温度：从熔点(180℃)到接近真空气化(320℃@1×10-3Pa)范围内，开展了多温度点的实验产额激发函数测量与比较。.研究结果表明：. 1）液态环境中屏蔽效应强于固态环境，差异来自阳离子贡献；. 2）随着温度的升高屏蔽效应呈减弱的趋势，可近似实用“削弱”的德拜模型解释；. 3）正离子的屏蔽贡献与自由电子的屏蔽贡献量级相当，不能忽视；. 4）首次报道了两个锂相关的天体物理学S(E)因子的直接测量数据，并结合屏蔽势能，计算了宇宙中锂的丰度演化，然而发现在目前所观测的能区范围内，不能有效的理解“锂丰度”问题。. 综上所述，本工作紧密围绕课题拟定研究内容开展相关实验，完成了拟定研究内容。