近日，依托中國(guó)錦屏深地核天體物理實(shí)驗(yàn)(JUNA)裝置，基金委重大項(xiàng)目JUNA合作組對(duì)關(guān)鍵核天體反應(yīng)19F(p,αg)16O進(jìn)行了反應(yīng)截面的直接測(cè)量，將測(cè)量范圍推進(jìn)到世界最低能區(qū)，覆蓋了天體物理感興趣的伽莫夫能區(qū)。相關(guān)結(jié)果已發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)物理學(xué)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)上，并被選為特色物理和編輯推薦的亮點(diǎn)文章。論文第一作者是北京師范大學(xué)張立勇副教授，通訊作者是何建軍教授和中國(guó)原子能科學(xué)研究院柳衛(wèi)平研究員，以及國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)的美國(guó)圣母大學(xué)M.Wiescher教授。作為JUNA實(shí)驗(yàn)裝置的首批成果之一，19F(p,αg)16O實(shí)驗(yàn)的成功開(kāi)展證明JUNA裝置完全具備了進(jìn)行深地核天體物理研究的能力，《物理評(píng)論快報(bào)》審稿人認(rèn)為：“實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)解釋宇宙中懸而未決的氟超豐問(wèn)題具有根本意義”，這標(biāo)志著我國(guó)深地核天體物理研究將進(jìn)入一個(gè)新的階段。

△在130keV質(zhì)子束流能量的轟擊下，地面與深地實(shí)驗(yàn)室所獲伽馬射線譜的比較

宇宙中氟元素的起源問(wèn)題迄今仍然是一個(gè)重要科學(xué)問(wèn)題，它是核天體物理的一個(gè)重要研究方向。有理論認(rèn)為，AGB(漸近支)星是氟元素的主要合成場(chǎng)所，但由于缺乏與氟相關(guān)的一系列關(guān)鍵核反應(yīng)在感興趣伽莫夫能區(qū)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，目前的AGB星模型尚無(wú)法解釋天文觀測(cè)得到的氟超豐現(xiàn)象。19F(p,αg)16O是AGB星中氟元素的主要消耗方式之一，它在伽莫夫能區(qū)的截面極低，由于宇宙射線本底的影響，人們一直無(wú)法對(duì)其進(jìn)行直接測(cè)量。因此，對(duì)19F(p,αg)16O反應(yīng)的直接測(cè)量迫切需要在深地實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，這也成為JUNA項(xiàng)目中的四個(gè)科學(xué)目標(biāo)之一。

△19F(p,αg)16O反應(yīng)的天體物理S因子

中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室(CJPL)覆蓋巖層厚達(dá)2400多米，深度居世界之首。宇宙射線通量比意大利格蘭薩索地下LUNA實(shí)驗(yàn)室還要低大約100倍。錦屏II期新建了8個(gè)實(shí)驗(yàn)洞用于開(kāi)展多學(xué)科深地科學(xué)研究，其中A1實(shí)驗(yàn)洞用于建設(shè)JUNA裝置。在基金委重大項(xiàng)目、中核集團(tuán)集中研發(fā)項(xiàng)目以及中科院儀器項(xiàng)目的牽引下，JUNA裝置由中國(guó)原子能科學(xué)研究院牽頭，聯(lián)合中科院近代物理研究所、北京師范大學(xué)、清華大學(xué)等科研單位于2020年底深地建成出束。研發(fā)了深地束流最強(qiáng)的400 kV加速器，建立了高效率大立體角的 BGO伽馬射線、中子探測(cè)器及帶電粒子探測(cè)器陣列，為重要核天體反應(yīng)直接測(cè)量提供了世界一流的條件。

JUNA項(xiàng)目子課題負(fù)責(zé)人北京師范大學(xué)何建軍教授帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)幾年的艱苦攻關(guān)，成功研制出目前耐輻照能力最強(qiáng)的19F注入靶，并邁進(jìn)地面實(shí)驗(yàn)，積累了大量關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn);于2021年初，利用錦屏加速器提供的強(qiáng)流質(zhì)子束，成功將該反應(yīng)從之前的198 keV一直向下推進(jìn)至72.4keV能量點(diǎn)(目前深地條件下的極限)，首次在AGB星感興趣的伽莫夫能區(qū)獲得了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。