金屬環(huán)境中D(d，p)T反應(yīng)的屏蔽效應(yīng)及氘沉積行為研究.pdf

1、熱核反應(yīng)是核天體物理研究的關(guān)鍵課題，其反應(yīng)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(jìn)程。當(dāng)前恒星演化理論的重大疑難問(wèn)題之一為起關(guān)鍵作用的幾個(gè)熱核反應(yīng)截面的超低能數(shù)據(jù)仍然沒(méi)有能夠得到準(zhǔn)確測(cè)量。核天體物理學(xué)全面發(fā)展要求對(duì)超低能核反應(yīng)進(jìn)行深入研究，獲取精確的超低能核反應(yīng)數(shù)據(jù)。
　　 恒星中的熱核反應(yīng)發(fā)生在遠(yuǎn)低于庫(kù)侖勢(shì)壘的能區(qū)，該能區(qū)的核反應(yīng)截面隨能量的減小近似呈指數(shù)下降，通常的實(shí)驗(yàn)條件很難對(duì)其進(jìn)行直接測(cè)量。為了獲取該能區(qū)內(nèi)的核反

2、應(yīng)截面數(shù)據(jù)，自上世紀(jì)80年代晚期以來(lái)，研究者們建立了一些特殊的裝置、采用新的實(shí)驗(yàn)方法，使實(shí)驗(yàn)不斷向低能區(qū)延伸，得到了一系列同位素靶輕核反應(yīng)的截面。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果清楚地揭示了電子屏蔽效應(yīng)的存在及其隨能量變化的規(guī)律。德國(guó)柏林技術(shù)大學(xué)的學(xué)者們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)：由于真空條件的限制，靶材料會(huì)形成金屬氧化物或者碳沉積物構(gòu)成的表面層，進(jìn)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(shí)驗(yàn)得出的屏蔽勢(shì)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(yīng)。
　　 為了驗(yàn)證超低能區(qū)金屬環(huán)境下D(d，p)T反應(yīng)由電子屏蔽所帶來(lái)的增強(qiáng)效應(yīng)，分析氘靶核密度變化給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)的影響，推導(dǎo)出更接近于真實(shí)值的屏蔽勢(shì)能，我們實(shí)驗(yàn)小組與日本東北大學(xué)合作，在該大學(xué)核科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的低能強(qiáng)流加速器上對(duì)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(yīng)的電子屏蔽效應(yīng)進(jìn)行了研究。對(duì)氘靶核密度在金屬靶中的深度分布提出一個(gè)簡(jiǎn)單模型，利用該

4、模型對(duì)實(shí)驗(yàn)所得到的歸一化質(zhì)子產(chǎn)額進(jìn)行分析，得到了幾種靶中D(d，p)T反應(yīng)的屏蔽勢(shì)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(yīng)截面較氣體靶有明顯的增強(qiáng)，而且增強(qiáng)效應(yīng)與載體材料有很大的相關(guān)性；氘密度分布對(duì)屏蔽效應(yīng)的推導(dǎo)產(chǎn)生影響，利用筆者所提出的密度分布模型計(jì)算所得結(jié)果均小于氘密度分布為常數(shù)時(shí)的計(jì)算結(jié)果。研究發(fā)現(xiàn)在Yb，Pd材料中D

5、(d，p)T反應(yīng)具有溫度效應(yīng)，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(xiàng)工作首次研究了氘密度深度分布對(duì)屏蔽勢(shì)能推導(dǎo)帶來(lái)的影響，提出有關(guān)氘分布模型并加以驗(yàn)證，運(yùn)用模型重新計(jì)算了屏蔽勢(shì)能。盡管如此，實(shí)驗(yàn)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(méi)有阻止本領(lǐng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，只能采用理論編評(píng)的結(jié)果(用SRIM計(jì)算)；二是反應(yīng)截面也是采用理論推導(dǎo)結(jié)果，需要有更高精度的計(jì)算；三是文中所提出的氘靶