锦屏深地核天体物理实验进展

深地极低辐射本底环境是核天体物理关键反应直接测量的基础。1990年世界首个深地核天体物理实验项目LUNA在意大利LNGS启动,此后美国和中国也开展了深地实验研究。为实现核天体物理关键反应的精确测量,我国在中国锦屏地下实验室建立了首个深地核天体物理实验项目,即JUNA项目。JUNA研制了强流高稳定加速器装置,束流强度超过意大利LUNA装置的10倍,同时发展了一系列极低辐射本底环境下的测量技术。2021年,JUNA试运行期间完成了多项重元素合成核天体物理关键反应的直接测量,取得重要研究成果。本文对JUNA项目的深地测量技术和开展的实验研究进行综述,并展望以束流强度和测量技术的突破为主要目标的新一代深地实验计划。

信息融合中的冲突处理

在分析、比较几种常用组合规则的基础上,提出一种处理信息融合中所产生的冲突的新方法,通过利用均方误差来判断组合规则的合理性,对各种方法进行了理论分析和比较。实验结果表明,该方法具有合理性和优越性,可以有效地化解在证据融合过程中的局部冲突问题。

一致完备决策系统中属性重要性定义的改进

在一致完备决策表中利用代数(信息熵)定义比较属性之间的重要性时往往会得到一些与实际不相吻合的结论,这种问题产生的主要根源是其定义本身的不完善所造成的.该文从产生问题的根源出发,从约简的角度重新定义了决策表中的各个属性(属性子集)的重要性,同时还给出了体现2个不同属性之间相互关系的相关系数的定义.最后通过对2个不同的例子来说明新定义的重要性比代数(信息熵)定义更具有合理性.

^8Li次级束的产生

在北京串列加速器次级束流线上通过2 H(7Li,8Li) 1H逆运动学反应产生了用于核天体物理研究的8Li次级束。准直后的次级束纯度达到 80 %以上 ,对于 44MeV的7Li强度约为 3 0s- 1·pnA- 1,可以用来进行逆几何转移反应的实验测量。

^(11)C(d,n)^(12)N反应角分布的测量和虚衰变^(12)N→^(11)C+p渐近归一化系数的确定

利用HI 13串列加速器次级束流线产生的11C束测量了质心系能量为9.8 MeV的11C(d,n)12N反应的角分布。通过改变DWUCK4程序中径向积分的下限,验证了该反应的周边性。比较了实验结果与扭曲波玻恩近似(DWBA)计算,得出虚衰变12 N→11 C+ p的渐近归一化系数(ANC)平方为(2.86±0.91) fm-1。结果表明:直接俘获对11C(p,γ)12N反应有重要贡献。

锦屏深地强流高压加速器控制系统的研制

本文介绍了锦屏深地强流高压加速器自动控制系统的基本结构、控制软件和安全联锁设计,阐述了该加速器在运行过程中高压打火产生的强干扰影响控制系统和相关设备的正常运行及在调试和实验过程中遇到的问题。通过分析原因,采取各种保护措施提高控制系统的抗干扰能力,确保控制系统和设备运行的稳定性。

锦屏深地核天体物理实验(JUNA)进展

锦屏深地核天体物理实验(JUNA)项目将利用中国锦屏深地实验室(CJPL)的良好条件,在天体物理伽莫夫能量窗口开展核天体关键反应25Mg(p,γ)26Al、19F(p,α)16O、13C(α,n)16O和12C(α,γ)16O的直接测量。目前已成功完成400kV强流加速器和ECR离子源的研发,获得了400keV、10mA的质子束流和一价氦离子束流及800keV、2mA二价氦离子束流。大功率固体靶的研制及实验数据获取系统的建立也已成功完成。超低本底快中子探测器、4πBGO探测器阵列以及大立体角带电粒子探测器阵列已研制组装完成,并测量了地面和锦屏地下实验室的本底水平。总体来说,JUNA项目整体进展顺利,完成了中期设立的目标并通过了基金委评估(A级)和国际评估。

^6He(p，γ)^7Li反应的实验设计与束流准备

在HI-13串列加速器次级束流线上,使用7Li初级束,通过2H(7Li,6He)3He反应产生了能量为26、32和38 MeV的放射性6He次级束,纯化并准直后,6He次级束流纯度可达99%,强度最大为900 s-1。使用该次级束可实现对2H(6He,7Li)n反应的角分布测量,并结合理论计算,间接导出6He(p,γ)7Li的天体物理S因子和反应率。

用于锦屏深地核天体物理研究的强流加速装置的设计与试验进展

对揭示元素形成及天体起源具有重要作用的关键低能核反应由于反应截面较小,同时受宇生高能射线影响,在地面环境难以进行直接测量。在极低本底的深地环境中,利用强流离子加速器打靶,进一步提高关心核反应的发生率,就可在地球开展接近伽莫夫能区低能核反应截面直接测量。锦屏深地实验室(CJPL)具有优越的地理环境,可有效屏蔽宇生高能射线。依托CJPL的有利条件,中国原子能科学研究院正在开展核天体物理关注能区核反应直接测量的研究。作为开展实验研究的必要条件,一台低能强流加速装置也在建设当中。该加速装置可产生低能强流的质子束和氦束,最高加速电压400 kV,设计最大束流强度10 mA。本文介绍了用于锦屏深地核天体物理实验(JUNA)的强流加速装置的基本情况,包括加速装置的物理要求、布局及主要设计考虑、束流光学及地面试验进展等。

基于塑料闪烁探测器的飞行时间系统

在北京HI-13串列加速器的次级放射性核束装置上,为有效鉴别、监督次级束并确定其能量,建立了一套基于塑料闪烁探测器的飞行时间系统。结合次级束共振散射反应1H(17F,p)17F的厚靶实验,对该套飞行时间系统予以描述,并对其性能进行讨论。

^6Li第二激发态中子—质子晕结构的首次实验证实

利用北京HI 13串列加速器次级束流线产生的能量为4.17AMeV的6He束对电荷交换反应1H(6He,6Li)n的角分布进行了逆运动学的测量。实验结果与微观计算的比较表明:6Li第二激发态和6He的基态都具有晕结构。本工作首次证实了K.Arai等1995年提出的6Li第二激发态具有中子 质子晕结构的理论预言。

恒星中子源^(13)C(α,n)^(16)O反应的研究

13 C(α,n)16 O是渐进巨星支(AGB)星中慢速中子俘获(s)过程的主中子源反应,而17 O 6.356 MeV1/2+阈下共振对13 C(α,n)16 O反应影响很大。本文使用HI-13串列加速器和Q3D磁谱仪,首次测量了13C(11B,7Li)17 O转移反应角分布,确定了影响13C(α,n)16 O反应最关键、最不确定的17 O(Ex=6.356MeV)阈下共振态的α宽度,从而得出天体物理能区13 C(α,n)16 O反应的天体物理S因子和反应率,澄清了国际上已有S因子数据间高达25倍的巨大分歧。AGB星s过程核合成网络计算表明:新反应率数据导致恒星中铅的丰度增加了25%。

大爆炸核合成相关的^8Li（d，p）^9Li反应截面测量

利用8Li次级束测量了质心系能量 7. 8MeV 2H(8Li, 9Li)1H反应的角分布, 导出了8Li(d, p)9Li反应的天体物理S因子及9Li→8Li+n虚衰变的渐近归一化系数.

原子能院的核天体物理研究和串列升级工程进展(英文)

在北京串列实验室建立了次级束流实验装置 ,用于放射性核束物理和核天体物理研究 .先后开展了7Be(d ,n) 8B ,11C(d ,n) 12 N ,8Li(d ,p) 9Li和6 He(p ,n) 6 Li核天体物理重要反应的研究 .介绍了串列加速器升级工程的进展情况 .该工程在现有串列加速器的基础上 ,将建立 10 0MeV/ 2 0 0 μA的质子回旋加速器、在线同位素分离器和超导加速段 .在此装置上 ,将可以产生质量数最高为 12 0 ,强度最高为 10 9particles/s的放射性束流 .

天体物理重要反应^(13)N(p,γ)^(14)O的实验研究

13N(p,γ)14O是高温CNO循环中的关键反应,对恒星能量产生机制及其演化的研究具有重要意义。利用北京HI-13串列加速器次级束流线产生的13N放射性束测量了质心系能量为8.9 MeV的13N(d,n)14O反应的角分布,导出了14O基态渐进归一化系数(ANC)为(29.4±5.3)fm-1。此外,使用镜像核的电荷对称性,通过分析13C(d,p)14C反应的角分布,导出了与实验一致的14O基态质子ANC。使用最新开发出的R矩阵程序,导出13N(p,γ)14O反应在高温CNO循环中的天体物理S因子和反应率。将此数据代入核天体物理反应的网络程序进行计算,结果表明,新星中CNO循环产生的能量比原有的结果多5%,这可能会对新星的演化有一定的影响。

低能核物理若干关键科学问题研究

低能核物理是核能开发与核技术应用的创新源头与基础支撑,在国民经济等中起举足轻重的作用。中国原子能科学研究院的核物理基础研究团队,依托北京HI-13串列加速器等国内外核科学装置,在关键天体核反应的间接测量、天体物理圣杯反应12 C(α,γ)16 O、奇特核体系的光学势和颈部参数对裂变的影响等低能核物理若干关键科学问题研究中取得突破,获得一些创新性的研究结果。本文回顾了近年来团队在低能核物理基础研究方向上取得的一些进展,并对未来的研究工作进行了展望。

^(22)Na次级束的产生与应用

在日本东京大学核研究中心的放射性离子束分离器上,利用逆运动学反应1 H(22 Ne,22 Na)n产生了22 Na次级束。经分离器电磁系统的分离提纯后,获得了能量为(78.3±1.0)MeV的22 Na次级束。实验靶站处次级束的强度达2.5×105 s-1,其中22 Na的纯度好于90%。22 Na次级束已应用于与核天体物理Ne丰度异常问题相关的22 Na+α共振散射实验研究。

^2H（^6He,^7Li）n反应角分布和^7Li的质子谱因子

在中国原子能科学研究院HI-13串列加速器次级束流线上,使用6He次级束首次测量了质心系能量为9.1 MeV的2H(6He,7Li)n反应角分布,并用扭曲波波恩近似(DWBA)进行理论分析,导出了7Li的质子谱因子为0.40±0.02。

一种定义粗糙集精度的改进方法

在粗糙集理论中,精度是量化由粗糙集边界引起的不精确性的一种重要数字特征。但传统精度没有考虑到由等价关系导出的划分的颗粒大小。该文在分析传统精度和由Xu Baowen等人提出的精度的基础上,提出一种新的精度定义。给出了其一些好的性质,通过例子说明了它是一种更优的精度定义,算法上比Xu Baowen等人的更简单。

大尺寸BGO晶体的温度特性研究

锦屏深地核天体物理(JUNA)实验项目将在中国锦屏深地实验室开展恒星平稳氦燃烧阶段关键的(α,γ)和(α,n)反应以及恒星平稳氢燃烧阶段关键的(p,γ)和(p,α)反应的直接测量。该项目计划研制一套锗酸铋(BGO)探测器阵列用于(α,γ)和(p,γ)反应的γ射线探测。由于BGO晶体的光产额对温度敏感,温度的变化会导致γ能谱峰位的漂移和能量分辨率的变化。本文使用制冷系统对尺寸为6cm×8cm×25cm的BGO晶体进行降温,利用^(137)Cs源测量了其γ能谱峰位和能量分辨率,对BGO探测器性能随温度的变化关系进行了研究。结果表明:在-20~22.1℃温度区间内,BGO探测器的γ能谱峰位与温度呈良好的线性关系,能量分辨率随温度的降低而提高。