利用地下低本底实验室开展深垒下能区熔合反应的实验研究

The study of fusion reaction at deep sub-barrier energies is a frontier of nuclear physics. It is also crucially important for astrophysical research. Lacking of experimental data within this energy range, large discrepancies exist among different nuclear reaction models. We will utilize the intense 13C2+ beam (~ 10 pμA), provided by the new 3 MV tandem accelerator at Horia Hulubei national institute of Romania (IFIN-HH), to study the 12C+13C fusion reaction at deep sub-barrier energies in the center of mass energy range of 2.1 to 3.0 MeV. In the Slanic-Prahova underground low-background radiation laboratory, the method of gamma activity measurement for the fusion product will be used to derive the fusion cross section of 12C+13C. Our result will provide a strict examination for the existing fusion models, such as the Hindrance model. This project has been approved by IFIN-HH Program Advisory Committee in its October 2013 session with maximum priority for 21 days of beamtime at the 3 MV tandetron.

深垒下能区的熔合反应研究是核物理研究的前沿，对天体物理研究也有至关重要的意义。可是由于缺乏实验数据，不同的核反应模型在该能区的外推存在很大的不确定性。我们将利用罗马尼亚Horia Hulubei研究所3 MV串列加速器提供的强13C2+束流（~ 10 pμA）以及Slanic-Prahova地下盐矿低本底实验室，使用离线活度测量方法，研究12C+13C反应在深垒下能区（Ec.m.=2.1-3.0 MeV）的熔合截面，检验Hindrance等模型的预测能力。本项目已于2013年10月被Horia Hulubei研究所束流评审委员会批准，束流时间为 21天。

深垒下能区的熔合反应研究是核反应机制研究的一个重要课题，对天体物理研究也有至关重要的意义。可是由于缺乏实验数据，不同的核反应模型在该能区的外推存在很大的不确定性。对于12C+13C体系，相比于其他理论，Hindrance模型给出了截然不同的反应截面预测，这也为天体关键核反应12C+12C熔合几率的准确外推带来了困难。我们利用罗马尼亚IFIN-HH研究所3 MV串列加速器提供的强13C束流（最高达 15 pμA）以及Slanic-Prahova地下盐矿低本底实验室，使用离线活度测量方法，成功测量了12C+13C在Ec.m.=2.3-3. 3MeV能区的熔合截面。得益于地下实验室的极低本底条件，其截面被首次推进到了nb以下。利用新的实验数据，在12C+13C系统中，我们可以明确排除Hindrance模型，而ESW(Equivalent Square Wall)和M3Y+Rep等计算给出了非常好的理论预测。总的来说，利用新的实验结果，我们很好的完成了本项目的物理目标—鉴别Hindrance等熔合模型的适用性。另外，因为和12C+12C反应体系类似，12C+13C实验结果也给天体的碳碳反应率提供了更为可靠的理论上限。