在CSRe气体内靶上利用转移反应研究14O(α,γ)18Ne的反应率

Break-out reactions from the hot CNO cycles are critical as a trigger of rp-process. The determination of the astrophysical rate of these key reactions is very important for the researches of burst behavior and nucleosynthesis in astrophysics. Since the cross section of relevant (α,γ), (α,p) reactions is extremely small, to developing a new experimental method is necessary for the studies. The cooling storage ring and the gas-jet target are considered as powerful tools to study reactions in astrophysics. Capitalizing on HIRFL-CSR storage ring and hydrogen gas-jet target, this project plans to perform the experiment with 50 MeV/u 20Ne beams. Populating near-threshold states in 18Ne via 20Ne(p,t)18Ne reaction in inverse kinematics and measuring the α-decay branching ratios of these states. The astrophysical rate of the key reaction 14O(α,γ)18Ne can be determined, which is important to study break-out from the hot CNO cycles. Furthermore, by this experiment, HIRFL-CSR will be enhanced as a new tools for nuclear reaction studies with very low cross section.

突破热CNO循环的核反应是触发rp过程的关键，精确测量突破热CNO循环的天体反应率对于研究天体过程中的元素合成和X射线暴有重要的科学意义。但由于相关(α,γ)，(α,p)等反应截面很小，目前已有实验装置和实验方法无法满足实验要求，急需发展一种全新的实验方法来开展相关研究。冷却储存环和气体内靶具有自身独特的优势，利用实验环内靶开展核反应实验越来越受到国内外的重视。本课题计划依托大科学装置HIRFL-CSR，利用冷却储存环提供的50 MeV/u的20Ne束流轰击氢气内靶，通过20Ne(p,t)18Ne反应研究突破热CNO循环的重要反应14O(α,γ)18Ne。通过精确测量18Ne中6.286 MeV激发态α衰变的分支比Bα，计算14O(α,γ)18Ne在相关天体环境中的反应率。同时，也将大大丰富大科学装置HIRFL-CSR在核物理研究中的实验手段，拓宽实验研究领域。

本项目依托兰州重离子研究装置HIRFL，利用自主研发的内靶核反应谱仪，成功探索了一种在储存环上高精度测量原子K壳层电离截面的方法，将测量精度从30%提高到了10%。同时成功开展了78Kr(p,p)78Kr质子散射实验，测量了低动量转移质子的弹性散射微分截面，精确测量了78Kr的核物质密度分布。还系统分析了16O以及Ca、Ni、Sn、Pb同位素的核物质密度分布和中子皮厚度，发现了质子幻数偶-偶核的同位素链中子皮厚度随中子过剩参数变化的趋势存在分层的现象。通过对双幻核16O中子皮厚度的研究，发现中子数和质子数相等的原子核的中子皮厚度与对称能无关。通过该项目支持，成功发展了储存环内靶核反应实验研究，培养了实验团队，取得了若干关于原子核中子皮厚度的研究成果。