低能 d+D 反应天体物理 S 因子测量

周 静中国原子能科学研究院

工作意义 实验介绍 结果分析

主要内容

2H+d 反应过程

np

np

n

n p

p n

ppp

n nnp

2H(d,)4He

23.8 MeV

2H(d,n)3He2H(d,p)3H

3.3 MeV

2.5MeV

2H （ d, ） 4He 是核天体物理中氘燃烧及决定 4He 丰度的重要过程

对于原初的核合成过程计算是重要的物理量 氘－氘等离子体的诊断 测量氢弹爆炸中氘－氘反应率

工作意义

国际情况

1963 年， Pennsylvania 大学的 Zurmhle和 Stephens 使用该校串列加速器提供的能量为 1.35MeV 的氘束轰击重冰靶，首次观测到 d+2H4He+ 反应生成的射线。

1985 年， Wilkinson 和 Cecil ， Ecm=25keV ， /p=(1.2±0.3)×10-7

国际情况 近几年，德国 Ruhr 大学的 Raida 等观测到

用注入到金属中的氘靶进行的 2H(d,p)t 反应存在电子屏蔽效应，使截面明显增大的现象。关于 2H(d,)4He 反应中电子屏蔽效应研究将是很有兴趣的课题。

2006 年，中国原子能科学研究院，侯龙研究员，用 300keV 氘束轰击薄的和厚的 D-Ti 靶，测量了 2H (d, ) 4He 反应的截面，分别为2.47±0.61nb 和 4.36±1.09nb 。

国内现状

要解决的关键问题

截面很小，本底很高，在实验布局上，应采用探测效率高的探测器，尽量减小探测器与靶的距离，及采取必要的屏蔽措施

强束流，屏蔽

本底问题本底问题本底来源本底来源：： 到达地面的宇宙射线： 子占 75%, 1/cm2/min. ( 反符合屏蔽 :96% ） 核反应 :d (D,n)3He 中子（碳酸锂石蜡） 干扰问题：干扰问题： 做 0.85Ω 地线

实验介绍

氘束能量为 20keV ，流强为～ 5mA ，由新建成的低能强流加速装置提供

γ 射线探测用带反康屏蔽的大体积 NaI闪烁体谱仪（用 MCNP 模拟 NaI 的探测效率为 1.3×10-2 ）

质子探测用半导体探测器

低能强流离子束装置布局

离子源 螺旋管透镜分析磁铁

23 40 60

6015

加减速段及靶

实验介绍（续） 能量刻度采用三个源： 137Cs(0.662MeV) 、 60Co(1.17MeV ， 1.33Me

V) 及 Pu-C(6.13MeV) 源 数据获取采用两台多道脉冲幅度分析器 探测效率用蒙特卡罗方法模拟计算

低能强流加速装置低能强流加速装置

低能强流加速低能强流加速指标 可获得低能强流的纯 2H 离子束 能量范围 100keV-10keV ，靶上最大流

强 10mA 靶上束斑直径小于 20mm 设备稳定可靠，能连续运行

实验布局

实验测量电子学部分

物 理 测 量物 理 测 量

实验测量

新的地线，电阻小于 1 欧姆，明显降低了 50 周交流噪声的影响及其它干扰

调试 γ 谱仪，宇宙射线本底在 24MeV 附近压低 96 ％

进行了 126 小时的 2H(d,)4He 反应实验测量及 1024 小时本底测量

数据分析

宇宙射线本底压低 96%

数据分析数据分析

实验结果

实验结果 126 小时测得 208 个光子 /p=(1.06±0.42)10-7 S= (6.0±2.4) 10-6 keVb

谢谢各位老师！

S(E)=(E)Eexp(2) ， 2 =31.40E-1/2

/p=(1.06±0.17stat0.45syst)10-7 利用已知 2H (d,p) 3H 反应截面 ＝ (2.9±0.5stat1.2syst)×10-11bEcm ＝ 10 － 7keV 的贡献（ 93 ％）理论计算值 : 3.0011×10-11b用 MCNP 模拟 NaI 的探测效率为 1.3×10-2

， 为 mb 量级 , 二者较接近 .在 Ecm<30keV 时为 10-7 mb 量级r

pn

MCNP 模拟 NaI 对 23.8MeVγ 射线的探测效率

NaI 15cm源距 探测器

0. 00E+001. 00E- 022. 00E- 023. 00E- 024. 00E- 025. 00E- 026. 00E- 027. 00E- 02

0. 00 5. 00 10. 00 15. 00 20. 00 25. 00 30. 00

MeV)能量（

探测

效率