天体环境中丰中子核素熔合反应率对研究中子星表面超级暴现象的点火机制有重要意义。由于次级束流强过低,无法使用传统固体靶实验技术测量垒下熔合反应截面。活性靶技术的发展为垒下丰中子核素熔合反应截面的测量提供了可行的途径。基于Geant4模拟详细地分析了多重采样电离室(MUSIC)与时间投影室(TPC)两种活性靶探测器中熔合反应与弹性散射的运动学性质,给出了4种熔合反应鉴别判据,并且计算了由这些判据误判引起的熔合截面系统误差。在Ecm=13.6 Me V时,MUSIC与TPC的弹性散射误判截面分别为0.5 mb和2.9×10^(-3)mb,都远小于此时熔合截面(877 mb)。在垒下,MSUIC的熔合截面系统误差已经超出实验测量要求,而TPC能够进行实验测量的能量可以降低至Ecm=4.7 Me V。
深垒下能区的^(12)C+^(13)C熔合截面测量对检验天体中熔合反应外推模型具有很重要的意义。目前在库仑位垒以下能区存在的各种测量结果,都利用了统计模型来修正得到熔合截面,但对于这些方法间的系统误差仍没有很好地研究。实验采用离线活度测量的方法,在Ec.m.=4.4～5.8 Me V能区内对^(12)C+^(13)C熔合截面进行测量。经Hauser-Feshbach统计模型对分支比的修正后,熔合总截面由24Na活度推导出。通过本实验数据与其它实验方法获得的数据进行比较,确定了统计模型的系统误差为14%。
中国锦屏地下实验室(CJPL)坐落于四川省锦屏山中,利用水电站修建的隧道建成。由于其本底环境极低,非常适合开展低本底实验测量。一台基于ECR源的400 k V强流加速器将安装在CJPL中,其可以为核天体物理实验提供流强为12 emA的质子束流,6 emA的He^+束流和2.5 emA的He^(2+)束流。拟通过非共振反应^(12)C(p,γ)^(13)N以及一系列的共振反应^(27)Al(p,γ)^(28)Si等,对加速器的束流能量进行精确刻度,对束流的能量展宽以及长期稳定性进行测量。由于该加速器正在中国原子能科学研究院进行地面调试,我们利用中国科学院近代物理研究所的320 k V研究平台,进行了^(12)C(p,γ)^(13)N和^(27)Al(p,γ)^(28)Si反应的测试实验。测量结果表明,在质子束流能量为224 keV时,束流的能量展宽约为1.0 keV,束流能量在连续4小时的测量期间,其晃动幅度远小于±200 e V。
