基于CSNS双中子星并合引力波电磁信号151,153Eu(n,γ)反应的研究

The discovery of the gravitational wave event and electromagnetic signatures for Neutron Star Mergers has proved that binary star merging is one of the origin of superheavy elements in the universe. The reaction of 151,153Eu(n,γ) is the key reaction of neutron star mergers and supernova，and is the most important nuclear data for in designing advanced nuclear reactors and facilities. Because the present nuclear data library is limited by experimental condition and energy range, the precision of some nuclear data is low, some nuclear data are blank. The back streaming neutron beam at China Spallation Neutron Source has very wide energy spectrum and excellent time structure. A high precision measurement of 151,153Eu neutron capture reaction will be carried out using C6D6 detector from 10 kev-5 MeV energy. In particular, the direct measurement of the 30keV will be given, which is the most concerned with astrophysics. The work will provide key input of nuclear physics for understanding evolution of neutron star mergers and supernova. In year 2002, American National Research Council ranked “How were the heavy elements from iron to uranium made?”on the Discover magazine as one of the 11 Greatest Unanswered Questions of Physics of this century. The experiment is crucial to solve the key scientific questions. At the same time, accurate nuclear data is provided for the engineering design of new nuclear facilities.

2017年8月天文学家首次观测到双中子星并合引力波事件伴随的电磁信号，直接证实双星并合是宇宙中超重元素的起源之一。151,153Eu(n,γ)反应是双中子星并合和超新星爆发中的关键反应，同时是新型反应堆设计亟需的关键核数据。当前已有的实验数据受实验条件或中子能区的限制，存在精度不高且少部分能区缺失的情况。本项目基于中国散裂中子源的反角通道白光中子源实验终端，中子束流所具有非常宽的能谱和很好的时间特性。应用C6D6探测器开展151,153Eu中子俘获反应的高精度测量研究，给出10keV-5MeV能区的截面值。特别是天体物理最为关注的30keV附近能区截面的直接测量工作，将为理解双中子星并合和超新星爆发提供关键的核物理输入量。对解决2002年《发现》杂志上给出的本世纪待解决的11个重大物理问题之一“从铁到铀的元素是如何产生的？”做出重要贡献。同时，为当前新型核设施的工程设计提供精确的核数据。

2017年8月天文学家首次观测到双中子星并合引力波事件伴随的电磁信号，直接证实双星并合是宇宙中超重元素的起源之一。151,153Eu(n,γ)反应是双中子星并合和超新星爆发中的关键反应，同时是新型反应堆设计亟需的关键核数据。当前已有的实验数据受实验条件或中子能区的限制，存在精度不高且少部分能区缺失的情况。本项目基于中国散裂中子源的反角通道白光中子源实验终端，中子束流所具有非常宽的能谱和很好的时间特性。应用C6D6探测器开展151,153Eu中子俘获反应的高精度测量研究，给出1eV-1MeV能区的截面值。在完成Eu中子俘获截面测量后，我们又开展了核天体物理及核设施关注能区一系列核素中子俘获反应高精度测量研究工作，全部实验总计约450小时的实验机时。目前团队已经给出了金Au、铼Re、钽Ta、铟In、铱Ir、铂Pt、钨W中子俘获反应1eV-1MeV能区高精度实验截面数据。应用多道多能级的R矩阵理论，拟合给出自洽和可靠的反应截面，以及共振峰结构参数数据等。特别是天体物理最为关注的30keV附近能区截面的直接测量工作，将为理解双中子星并合和超新星爆发提供关键的核物理输入量。对解决2002年《发现》杂志上给出的本世纪待解决的11个重大物理问题之一“从铁到铀的元素是如何产生的？”做出重要贡献。同时，为当前新型核设施的工程设计提供精确的核数据。