近日，四川大学原子核科学技术研究所“核与辐射物理”课题组与中国科学院近代物理研究所、中国原子能科学研究院、兰州大学、中山大学、山东大学等多家单位的科研人员合作开展了恒星中子源反应¹³C(α,n)¹⁶O天体能区截面直接测量工作，并取得重要成果，澄清了国际上之前数倍的分歧，四川大学3MV串列加速器在该研究中发挥了关键作用。该研究对于理解宇宙超铁元素的起源及丰度问题具有重要意义，相关成果于2022年9月23日正式发表在国际物理学顶级期刊物理评论快报Physical Review Letters上（见图1，文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.132701）。

       宇宙中比铁更重的元素被称为超铁元素，其起源问题是二十一世纪未解物理之谜。中子是将铁元素变成超铁元素的重要原料，星体内部中子源反应截面的大小决定了一个星体生产超铁元素的能力。¹³C(α,n)¹⁶O反应是星体内部的重要中子源，太阳系内约有一半超铁元素所需的中子来自于该反应。Cameron和Greenstein于1954年提出这个星体中子源反应。但是，该反应在天体物理能区（0.15-0.54MeV）的截面极小，对该反应截面的直接测量是核天体物理领域一大难题，被列为核天体物理界的重要研究目标。

       在四川大学3 MV串列加速器上，研究团队共同完成了高灵敏度中子探测器阵列的效率刻度（见新闻链接：https://720inst.scu.edu.cn/News/info?cid=28261248&id=60&mid=60），以及将¹³C(α,n)¹⁶O反应截面的最高能量从E_c.m.= 0.59 MeV扩展至1.9 MeV的实验和数据分析，共170个能点（见图2），首次提供了自洽的高能区反应截面数据，有效降低了地面与地下实验测量的系统误差，提高了理论模型对s-过程加莫夫窗口内外推的约束，并代表研究团队在2022年Astrophysics with Radioactive Isotopes（AwRI）国际会议上报告了相关成果（见图3）。本工作为复杂的天体模型提供了目前最精确的反应率数据，圆满解决了困扰多年的中子源反应率分歧难题，对理解宇宙重元素起源及丰度问题具有重要意义。

       由于四川大学3 MV串列加速器提供的高质量束流，同时加速器能量与国际之前的实验能量范围形成覆盖，对中子探测器的效率提供了自洽的交叉检验，对高质量发表中子源反应成果起到了关键作用。今后该加速器还可以对¹³C(α,g)¹⁶O的核天体物理“圣杯反应”的高能点测量继续发挥关键作用。

       该研究得到了国家自然科学基金重大项目（11490564）等、四川大学“双一流”建设超前部署学科“基于加速器的核技术及应用”、四川大学辐射物理及技术教育部重点实验室的支持。

图1. Physical Review Letters文章首页。

图2. ¹³C(α,n)¹⁶O反应s-因子随能量变化曲线。图中JUNA和SCU分别为本工作中在锦屏深地和四川大学的测量结果。JUNA fit 为利用高能数据获得的外推结果。s-过程及i-过程对应能区为E_c.m. =0.15-0.54MeV。

图3.AwRI国际会议报告ppt首页。