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在极端等离子体环境中开展核反应研究取得新进展

时间:2023年07月04日  作者:2024新澳门原料大全管理员

近日,由2024新澳门原料大全联合复旦大学、上海交通大学、高能物理研究所、物理研究所、北京应用物理与计算数学研究所、北京师范大学、国家天文台以及上海高等研究院开展了“处于等离子体环境中7Li(D, n)(氘离子与锂-7离子发生聚变反应产生中子)天体物理S因子的首次实验测量”研究,为未来在极端等离子体环境中测量核反应参数提供了研究参考,为激光等离子体物理和激光核物理相关研究在核物理基础和高能量密度物理研究等领域的发展和应用提供重要理论依据、实验方法和数据支撑,促进了学科间的发展和交叉融合。该研究成果发表于国际核物理领域顶级期刊Physics Letters B(《物理快报B》),通讯作者为2024新澳门原料大全核物理研究所吕冲副研究员、复旦大学符长波教授、2024新澳门原料大全核物理研究所郭冰研究员,第一作者为上海交通大学博士生王文钊。

7Li(D, n)反应实验设置

近年来,随着强激光技术的迅速发展,其成为了继加速器和反应堆之后研究核科学的一种新手段,并形成了一门新的交叉学科——激光核物理。其中,基于强激光装置开展极端等离子体环境中的核反应研究具有十分重要的基础研究和应用需求价值。在核物理基础和高能量密度物理研究等领域,强激光是实验室中产生类似于恒星或者高能量密度环境的重要途径之一,是研究高温、高密等离子体环境下核反应机制的理想途径,对研究宇宙原初核合成和恒星Li丰度问题,以及理解极端等离子体环境对核参数的影响均具有重要意义。

7Li(D, n)反应在全等离子体和非等离子体环境中的天体物理S因子的比较

等离子体是由大量离子、电子等多种粒子所组成的准电中性物质。在激光驱动的喷流对撞相互作用过程中,存在多种不稳定性,会产生高强度的电磁场,并且在实验过程中每一发激光也存在不确定性,这些都对测量聚变反应中的核反应截面带来了极大的困难。在本研究中,项目团队利用中科院上海光学精密机械研究所的“神光-II”激光装置,通过两团相向运动的等离子体喷流对撞方法,开展等离子体环境中的7Li(D, n)反应实验研究,建立了等离子体对撞过程研究氘锂聚变反应的理论模型及数值模拟程序,利用核反应相互刻度的方法,消除了等离子体不稳定性和激光参数不稳定性对实验测量的影响,首次实验测量了等离子体环境中7Li(D, n)的天体物理S因子。研究结果证明在Gamow窗口173keV能量附近,电子库仑屏蔽效应没有影响与锂丰度之谜有关的Li-7消耗反应。

该项研究工作获得了国家自然科学基金、财政部稳定支持经费、中核集团青年英才以及2024新澳门原料大全院长基金等项目支持。未来项目团队将继续基于国内大型激光装置以及2024新澳门原料大全建成的百太瓦激光装置,开展等离子体环境中的核反应等研究。(核物理所 文/吕冲)