近物所科研人員在利用蘭州重離子加速器(HIRFL)冷卻儲存環(huán)(CSR)開展缺中子核素的精確質(zhì)量測量過程中否定了Zr-Nb循環(huán)對核天體rp核合成過程的重要性。
原子核質(zhì)量數(shù)據(jù)在核天體物理更具有重要的應(yīng)用價值。天文觀測發(fā)現(xiàn)的I型x射線暴(Type I x-ray burst)主要核過程是快質(zhì)子俘獲(rp)核合成過程。對rp核合成過程涉及核素的精確質(zhì)量測量,一直是核物理與核天體物理學(xué)界關(guān)注的熱點。例如,缺中子的Mo同位素可能有一個低α分離能島,相應(yīng)的理論預(yù)言rp過程中可能存在Zr-Nb循環(huán),限制反應(yīng)流向更重核區(qū)推進。由于相關(guān)核素的壽命短,產(chǎn)額低,分離困難,對它們的質(zhì)量測量有很大挑戰(zhàn)。
科研人員采用等時性質(zhì)譜技術(shù),首次精確測定了82Zr和84Nb的原子核質(zhì)量,大幅提高了79Y,81Zr和83Nb的質(zhì)量精度。其中82Zr的相對質(zhì)量精度達(dá)到1.3×10-7。
基于新的質(zhì)量數(shù)據(jù),重新計算了相關(guān)核子分離能,結(jié)果如圖1所示,否定了Mo,Tc豐質(zhì)子區(qū)同位素低α分離能島的存在。為了定量研究這些新測核素質(zhì)量對rp過程的影響,科研人員利用I型x-射線暴模型重新計算了rp過程核反應(yīng)路徑的走向,得到了Zr-Nb循環(huán)分支比的比例,在溫度低于1.9GK的情況下,否定了Zr-Nb循環(huán)對rp過程具有較大貢獻的可能性。
此外,還研究了新質(zhì)量對rp核合成過程的影響,部分解釋了理論計算的84Sr產(chǎn)額過高的問題。
此項研究成果發(fā)表在Physics Letters B 781 (2018) 358-363上。文章連接:https://doi.org/10.1016/j.physletb.2018.04.009

圖1. 基于本工作得到的豐質(zhì)子區(qū)Mo同位素α分離能。

圖2. Zr-Nb循環(huán)對rp過程貢獻(分支比)的上限隨時間(溫度)的變化。
<蘭州重離子提供>