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據中國原子能科學研究院5月13日報道，近日，中國原子能科學研究院與北京師范大學、美國圣母大學、南方科技大學、錦屏深地前沿科學及暗物質四川省重點實驗室、西安交通大學合作，對¹²C+¹²C（碳-碳）熔合反應的天體物理S因子開展實驗研究，在國際上首次通過逆運動學厚靶方法，實現復合核²⁴Mg*（處于激發態的鎂-24）全衰變道的實驗研究，為¹²C+¹²C熔合反應研究貢獻關鍵實驗數據，向解開長期困擾核天體物理學家的12C+12C熔合反應問題邁出重要一步。研究結果在國際物理學知名期刊Physics Letters B （《物理快報B》）發表，文章第一作者為原子能院博士研究生南威克，通訊作者為原子能院研究員王友寶、柳衛平，北京師范大學研究員蘇俊。

¹²C+¹²C熔合反應在大質量恒星演化、Ia型超新星爆發、超級X-射線暴（簡稱超暴）等諸多天體事件中起到關鍵作用。這種融合反應發生在一個特殊的核天體能量窗口——伽莫夫窗口，這里反應概率雖然很小，卻可以決定恒星的最終命運。因此，¹²C+¹²C 熔合反應與¹²C(a, g)¹⁶O圣杯反應、¹³C(a, n)¹⁶O中子源反應，被認為是核天體物理領域最重要的三個反應。可以說，¹²C+¹²C熔合反應是理解宇宙演化的一把關鍵鑰匙。

然而，由于¹²C+¹²C熔合反應具有能級密度高、能級結構復雜的特點，大量直接測量實驗都無法給出伽莫夫窗口能區的天體物理S因子和反應率，因此科學家亟需探索新的實驗方法以獲得¹²C+¹²C熔合反應關鍵信息。

研究團隊使用的實驗裝置效果圖

在此次研究中，原子能院核天體物理創新團隊與串列加速器運行團隊高度協作，利用HI-13串列加速器，采用²³Na+p（鈉-23與質子反應）厚靶逆運動學方法，對¹²C+¹²C熔合反應相關的復合核²⁴Mg*進行核能級性質的研究，并基于對24Mg*衰變發射的γ射線、質子、α粒子的同時測量，實現了γ-p、γ-α符合譜學，成功鑒別出相關基態、激發態，以及發射α粒子的不同衰變道。研究團隊獲得了相關反應道的激發函數，發現了復合核²⁴Mg*有關激發能區復雜的共振能級結構，提取了復合核詳細的共振參數，并成功給出了12C+12C熔合反應的天體物理S因子及其不確定度范圍。實驗得到的天體物理S因子與其它來源的數據比較此研究獲國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中核集團核技術創新聯合基金、中核集團人才科學基金、財政部穩定支持研究經費等項目支持。