金屬環(huán)境中D(d，p)T反應的屏蔽效應及氘沉積行為研究.pdf

1、熱核反應是核天體物理研究的關(guān)鍵課題，其反應截面的大小決定著恒星演化中的核素合成和核能產(chǎn)生進程。當前恒星演化理論的重大疑難問題之一為起關(guān)鍵作用的幾個熱核反應截面的超低能數(shù)據(jù)仍然沒有能夠得到準確測量。核天體物理學全面發(fā)展要求對超低能核反應進行深入研究，獲取精確的超低能核反應數(shù)據(jù)。
　　 恒星中的熱核反應發(fā)生在遠低于庫侖勢壘的能區(qū)，該能區(qū)的核反應截面隨能量的減小近似呈指數(shù)下降，通常的實驗條件很難對其進行直接測量。為了獲取該能區(qū)內(nèi)的核反

2、應截面數(shù)據(jù)，自上世紀80年代晚期以來，研究者們建立了一些特殊的裝置、采用新的實驗方法，使實驗不斷向低能區(qū)延伸，得到了一系列同位素靶輕核反應的截面。這些實驗結(jié)果清楚地揭示了電子屏蔽效應的存在及其隨能量變化的規(guī)律。德國柏林技術(shù)大學的學者們在研究中發(fā)現(xiàn)：由于真空條件的限制，靶材料會形成金屬氧化物或者碳沉積物構(gòu)成的表面層，進而影響到氘在靶材料中的密度分布，而且氘密度分布隨深度的變化往往很大。所以實驗得出的屏蔽勢能是包括電子屏蔽和氘靶核密度變化等

3、多種因素在內(nèi)的綜合效應。
　　 為了驗證超低能區(qū)金屬環(huán)境下D(d，p)T反應由電子屏蔽所帶來的增強效應，分析氘靶核密度變化給實驗結(jié)果帶來的影響，推導出更接近于真實值的屏蔽勢能，我們實驗小組與日本東北大學合作，在該大學核科學實驗室的低能強流加速器上對5keV至10keV(質(zhì)心系能量)的能量范圍內(nèi)含氘Be，Al，Dy,Yb和Zr靶中的D(d，p)T反應的電子屏蔽效應進行了研究。對氘靶核密度在金屬靶中的深度分布提出一個簡單模型，利用該

4、模型對實驗所得到的歸一化質(zhì)子產(chǎn)額進行分析，得到了幾種靶中D(d，p)T反應的屏蔽勢能，依次分別是：116±46eV，156±40eV，172±36eV，211±61eV和175±53eV。分析結(jié)果表明金屬環(huán)境下超低能區(qū)D(d，p)T反應截面較氣體靶有明顯的增強，而且增強效應與載體材料有很大的相關(guān)性；氘密度分布對屏蔽效應的推導產(chǎn)生影響，利用筆者所提出的密度分布模型計算所得結(jié)果均小于氘密度分布為常數(shù)時的計算結(jié)果。研究發(fā)現(xiàn)在Yb，Pd材料中D

5、(d，p)T反應具有溫度效應，即在相同彈核能量條件下，質(zhì)子的產(chǎn)額隨溫度升高而降低。
　　 這項工作首次研究了氘密度深度分布對屏蔽勢能推導帶來的影響，提出有關(guān)氘分布模型并加以驗證，運用模型重新計算了屏蔽勢能。盡管如此，實驗數(shù)據(jù)處理中還有不確定性：一是氘在相關(guān)介質(zhì)中的阻止本領(lǐng)，在如此低的能區(qū)還沒有阻止本領(lǐng)的實驗數(shù)據(jù)，只能采用理論編評的結(jié)果(用SRIM計算)；二是反應截面也是采用理論推導結(jié)果，需要有更高精度的計算；三是文中所提出的氘靶