Conveners
07 - 核天体物理
- 靖 张 (山西大学)
07 - 核天体物理
- 永涛 赵 (西安交通大学)
07 - 核天体物理
- 丙水 高 (中国科学院近代物理研究所)
2004年激光电子加速取得里程碑式突破，由于其在高能物理和应用领域具有重要的意义，2018年Mourou和Strickland也因此被授予诺贝尔物理奖。诺贝尔颁奖报告中提到，激光加速器具有电场梯度高的优势，可以在~10cm距离内将电子加速到近8GeV，然而该加速技术应用依然存在能散大、稳定性差、可重复性差等应用瓶颈。激光加速器提供的束流具有峰值流强高、脉冲短且可控(ps~ns)、能散宽、单发剂量可控等特性。北京大学近年来建成一台激光加速器装置（CLAPA I），可以提供能散好于1%的~10MeV/pC质子束流、nC级~100MeV强流电子束、MeV/u 重离子和超强瞬态伽马射线（10~100MeV，10^10/发）。为了推动激光加速技术的发展，北京大学在怀柔国家综合性科学中心正在建设北京激光加速创新中心，进一步建设基于PW激光的CLAPA...
随着基础科学不断发展，深海、深空、深地等极端条件下的实验测量备受关注，成为国际竞争的新发现突破点。深地环境能极大屏蔽宇宙射线造成的本底，使突破截面极低的核天体反应的直接测量成为可能。
项目基于团队自主研制的深地核天体物理加速器JUNA，拟研制世界上首台基于喷射型无窗气体靶技术的深地核天体反应测量系统，突破常规气体靶难以承受强流束照射及反应靶厚度不足的难题；项目将研制新型低本底高分辨SrI2:Eu/高效率BGO组合探测阵列，通过高效模块化组合将探测阵列置于气体靶内部，克服喷射气体靶周围空间紧凑从而无法布置大立体角阵列的难题，最终实现能量分辨、探测效率和放射性本底综合性能最佳。该项目的实施将使我国深地核天体反应测量系统的灵敏度提升到国际同类装置最高水平（10^-14巴），形成国际上研究能力最强的深地核天体物理实验平台，推动该领域产生一批突破性研究成果，为核物理大科学装置建设积累宝贵经验。
Gamma-ray lines around MeV bands provide the new astronomical window for the nuclear astrophysics. At present, we have performed the gamma-ray line studies on the cosmic nucleosynthesis with the gamma-ray satellites. Here we briefly review the observations of gamma-ray lines with the INTEGRAL/SPI. Present gamma-ray line spectroscopy discovered 60Fe, 26Al, 511 keV lines in the Galaxy, which...
Galaxies are powered primarily by the release of nuclear energy in stars. The stellar nucleosynthesis governs the stellar luminosity, lifetime, and element productions. These stellar products, in turn, shape the stellar populations and chemical evolution of galaxies across cosmic time at different redshifts. This talk bridges the nuclear physics to stellar and galaxy evolution, highlighting...
12C(α,γ)16O反应是天体演化中的重要反应，被誉为核天体物理的圣杯。该反应在所有M>0.55M⊙恒星的演化中都起着关键作用，其截面对上至铁的中等质量核素的合成和大质量恒星后期的演化进程有决定性的影响。由于该反应在伽莫夫能区(Ec.m.=300keV)截面极低(10^-17...
锦屏深地核天体物理实验装置（JUNA），拥有目前世界上流强最强的深地加速器JUNA 400 kV，结合中国锦屏地下实验室（CJPL）的超低本底环境，有利于开展天体物理能区关键核反应的研究。利用27Al(p,g)28Si、24Mg(p,g)25Al等反应的共振峰，以及12C(p,g)13N反应的特征伽马射线，对加速器的束流能量、能量展宽以及长期稳定性进行了测试，实验结果表明加速器的各项参数满足设计指标。
14N(p,g)15O反应是CNO循环过程中最为重要的反应，其反应率直接决定着该循环的能量产生率以及CNO中微子通量等，对大质量恒星的演化以及解决太阳金属丰度等问题起着关键的作用，因此该反应一直是天体物理及太阳中微子物理等研究的热点。项目组依托JUNA实验装置，对该反应低能区的截面以及伽马射线的角分布等关键信息进行测量。
闪烁晶体是一类能将吸收高能射线和粒子的能量转化为紫外、可见或近红外光的光电功能材料，广泛地应用暗物质、无中微子双贝塔衰变、核天体物理、宇宙线、引力波等前沿物理粒子探测实验中，为许多前沿物理实验装置取得里程碑成果提供了重要支撑；同时，这些前沿物理探测需求也极大地促进了闪烁晶体的发展，并指引了闪烁晶体的新体系、新机理和新应用研究。本报告将回顾国内外闪烁晶体研究进展及在前沿物理探测装置中应用现状，展望前沿物理实验用闪烁晶体的未来发展趋势，并介绍上海硅酸盐研究所在BGO、CsI:Na、SrI2:Eu、NaI、Li2MoO4等系列高效率、低放射性本底闪烁晶体方面的研究进展与应用情况。
The investigation of alpha cluster structures within light nuclei is critically important, bridging the fields of nuclear physics and astrophysical nuclear reactions. Alpha particles, with their unique characteristics, play an important role in nuclear astrophysics. The Hoyle state stands as a key example, essential for explaining the cosmic abundance of $^{12}C$. Characterized by a distinct...
稀有物理衰变实验中，有效的控制放射性本底、精确测量各种放射性本底、从根本上理解探测器剩余本底的来源对于提高探测器的敏感度和发现潜力至关重要。高纯锗Gamma谱仪，中子活化分析（NAA），质谱仪（ICPMS），Alpha/Beta谱仪，发散氡气测量系统等用于测量探测器材料的多种放射性。此报告将介绍多种低放射性本底测量技术和目前国内各个低本底组的探测器灵敏度。
Nuclear weak interaction processes play important roles for astrophysics and particle physics. For example, nuclear beta decay is an important input for the rapid neutron-capture process (r-process) simulation, which is responsible for the synthesis of almost of half of the heavy elements in the universe. Neutrinoless double beta decay is a lepton number violation process that demonstrates the...
^{13}$C($\alpha$,n)$^{16}$O反应是渐近支巨星（AGB）慢中子俘获过程（s过程）和中间过程（i过程）中的主要中子源。这两个过程发生在温度约为T = 0.1 GK和0.2 GK，对应的Gamow窗口能量分别为E_{cm} = 0.15 – 0.3 MeV和0.2 – 0.54 MeV。由于受到宇宙射线本底的影响，地面实验直接测量的最低能量截止在E_{cm} = 0.27 MeV，因此不能有效地约束阈共振态的贡献，并提供可靠的外推。利用地下加速器装置，LUNA和JUNA将直接测量推进至E_{cm}=0.24 MeV，覆盖了i-过程绝大部分能区，并为s-过程研究提供了更加可靠的外推。但由于缺乏自洽的高能区实验数据，外推结果存在较大的误差。
圣母大学在E_{cm}=0.61 – 4.97...
我将介绍最近有关锂元素的观测结果，包括富锂巨星以及锂元素丰度如何随恒星演化而变化的。以及目前有关富锂巨星的形成机制的解释。此外将介绍富r-过程恒星最新的观测数据，以及这些观测结果如何用来解释r-过程元素的产生地。以及如何利用国内的大科学装置LAMOST如何搜寻富r-过程恒星，以及高分辨率光谱的分析。
阿尔法磁谱仪（AMS）实验安装在国际空间站上，能够测量宇宙线不同原子核的能谱。AMS已经发表了质子至硅（电荷Z=1至Z=14）、硫（Z=16）、铁（Z=26）等原子核的能谱，能量覆盖范围从GeV至TeV。根据能谱特征，可以将宇宙线分为来自宇宙线源的初级成分和来自宇宙线碰撞产生的次级成分。AMS发展了一种模型无关的方法得到了宇宙线源的元素丰度，其中部分结果与太阳系的元素丰度结果存在显著差别。这些实验结果需要宇宙线物理和核天体物理的交叉研究来解释。
恒星内部的元素核合成过程是核天体物理的重要研究方向，其中第一代恒星的钙元素起源问题是近年来的研究热点。$^{19}$F(p,$\gamma$)$^{20}$Ne反应是氢燃烧从CNO循环突破到A>20核区，进而合成$^{40}$Ca的唯一可能通道。目前该反应在Gamow窗口内尚无直接测量数据，我们计划在锦屏深地实验室对该反应在Gamow能区（E$_{c.m.}$=100 keV）的截面进行首次直接测量。另外，我们还将对AGB星氟元素合成过程中的两个关键反应$^{14, 15}$N($\alpha,\gamma$)进行直接测量，为理解氟超丰问题提供关键数据。
带电粒子测量是开展核反应研究的重要探测手段。但对于天体能区的核反应研究，由于反应截面极低，如何压制反应本底和周围环境本底是实验学家必须解决的重大问题。在带电粒子测量方法中，我们可以通过注入靶等手段，尽可能降低靶中杂质产生的p、alpha等反应本底，但即使如此，放射性本底、强流下的电子、轫致辐射、X射线等本底总是存在，这对于有效事件挑选，甚至对带电粒子探测器性能及存活都提出了很大挑战。我们发展了基于时间投影室TPC加硅阵列的探测方法，利用TPC的径迹捕捉能力，可以重建粒子的出射位置，从而降低外部放射性本底干扰；同时TPC可以准确鉴别粒子，吸收电子和低能辐射本底，保护探测器。我们将该方法首次应用在了天体能区碳碳熔合的直接测量，12C流强达到50puA以上，外部放射性本底被压制了约三个量级，获得了alpha和p重要反应道的截面数据，这为低能强流下的带电子粒子测量提供了新手段。
Ligo/Virgo探测到的引力波信号GW190521源自一个双黑洞并合事件，其中至少有一个黑洞的质量落到由对不稳定超新星爆发导致的黑洞质量间隙的概率为99.0%。该结论对恒星演化理论提出了挑战，并激发了我们检验恒星演化模型中一些不确定性带来的影响。在这次的报告中，我们主要观测$^{12}$C($\alpha, \gamma$)$^{16}$O反应的不确定性对超新星爆发前身星的结构及其核合成带来的影响。我们将详细地阐述该反应率对大质量恒星演化的影响机制，并据此提出了一个新的预测核坍缩超新星爆发结局的判据。此外，我们也讨论了该反应率对对不稳定超新星演化结局及核合成的影响，预测了第一代对不稳定超新星爆发后各种元素的理论丰度。将模型预言的理论丰度与极贫金属星的观测丰度进行对比，有助于寻找第一代超大质量恒星爆发后留下的化学印记。
从铁到铀的重元素合成过程中，中子俘获过程占有重要地位。13C(α,n)16O反应作为在渐进巨星分支(AGB)恒星中慢中子俘获过程(s-过程)以及中间过程(i-过程)主要的中子源反应，在伽莫夫能区内的反应率十分重要。伽莫夫能区内的反应截面极小，受宇宙射线和天然本底等因素的制约，在该能区测量核反应截面极其困难。
锦屏地下实验室核天体物理(JUNA)团队利用高流强的加速器和中国锦屏地下实验室(CJPL)的深地环境，对低能区13C(α,n)16O反应进行了直接测量。
尽管锦屏深地实验室几乎完全屏蔽来自宇宙射线的天然放射性本底，周围岩石中的铀钍放射性仍然存在，制约着反应截面测量的灵敏度。本工作将锦屏深地加速器的直流束流调制为脉冲束流，提高信号与本底比例，进一步抑制深地实验室中的天然本底影响，提升反应截面的灵敏度，为未来挑战测量更小反应截面储备实验技术。
