金屬材料中低能D-D核反應(yīng)的實驗研究.pdf

1、在天體和宇宙演化的過程中，核反應(yīng)一直起著極為重要的作用。帶電粒子熱核反應(yīng)截面是研究恒星演化進程中核能的產(chǎn)生和核素的合成所必需的關(guān)鍵核物理輸入量。在天體物理感興趣的遠低于庫侖勢壘的能區(qū)(一般在MeV量級)，帶電粒子熱核反應(yīng)截面隨能量降低近似指數(shù)式地降低，通常的實驗很難測量(通常在μb到pb量級)，而且受外部反應(yīng)環(huán)境影響很大。帶電粒子熱核反應(yīng)中的靜電屏蔽效應(yīng)是核天體物理學(xué)的重要課題之一。通過實驗室低能帶電粒子反應(yīng)了解電子屏蔽效應(yīng)的規(guī)律有助于

2、正確分析恒星等離子體熱核反應(yīng)中的靜電屏蔽效應(yīng)。而且可以研究不同外部環(huán)境(載體材料中)對低能核反應(yīng)的影響，分析具體的核反應(yīng)過程，為核數(shù)據(jù)庫提供必要的低能區(qū)數(shù)據(jù)。目前在實驗和理論方面都取得了一些進展，但現(xiàn)有理論模型計算的屏蔽勢能結(jié)果要明顯小于實驗結(jié)果。 近年來，日本東北大學(xué)和德國魯爾大學(xué)的幾個實驗小組分別研究了一系列金屬、半導(dǎo)體和絕緣體材料中D-D核反應(yīng)的屏蔽效應(yīng)。得出的結(jié)果均表明，金屬材料中存在著異常大的屏蔽效應(yīng)。同時各個實驗小組

3、給出了一些解釋這種現(xiàn)象的簡單模型。但是不同實驗小組的實驗結(jié)果存在一定的差異，現(xiàn)有理論模型的計算結(jié)果也與實驗結(jié)果出入很大。 因此，為了進一步研究載體材料中低能區(qū)D-D核反應(yīng)的屏蔽效應(yīng)機制，以及金屬材料中低能D-D核反應(yīng)的動力學(xué)過程。我們在日本東北大學(xué)LNS實驗室低能強流加速器上對不同材料中的D-D核反應(yīng)進行了系統(tǒng)地實驗測量，并利用Monte Carlo程序模擬了材料中的D-D核反應(yīng)過程，得到的計算結(jié)果與實驗結(jié)果進行了分析比較。

4、 本文的工作主要包括三部分：(1)在10≤Ed≤20 keV的能區(qū)，對金屬材料Sm、Al、Dy、Ag、Be、Rh、Yb和Zr中D(d，p)T核反應(yīng)的屏蔽勢能進行了實驗測量與分析，并結(jié)合國際原子能機構(gòu)的編評數(shù)據(jù)，得到了金屬材料中D(d，p)T核反應(yīng)的激發(fā)函數(shù)曲線，還進一步考慮了材料中氘離子密度深度分布對實驗結(jié)果的影響。應(yīng)用簡單的模型對實驗結(jié)果給出了較合理的解釋。(2)在5≤Ed≤10 keV的能區(qū)，研究了特殊結(jié)構(gòu)材料Pd、PdO、Pd

5、-Re-Pd和Pd-SWCNT中D(d，p)T核反應(yīng)的屏蔽效應(yīng)，得出了各種材料中的屏蔽勢能值。與其他實驗小組結(jié)果進行比較，討論了造成實驗結(jié)果差別的原因。(3)通過測量D(d，p)T核反應(yīng)產(chǎn)物proton/triton厚靶產(chǎn)額比值，研究了在10 keV～20 keV能量范圍內(nèi)，不同金屬材料Be、Al、Zr、Rh、Pd、Ag、Sm、Dy和Yb中D(d，p)T核反應(yīng)的動力學(xué)過程。并利用Monte Carlo程序模擬了金屬材料中，入射的氘離子發(fā)

6、生散射和運動速度的改變，對D(d，p)T核反應(yīng)的影響。分析了實驗測量結(jié)果與程序模擬結(jié)果存在差別的原因，并給出了需要進一步完善的方法。提出了D(d，p)T核反應(yīng)動力學(xué)過程的改變可能是造成大屏蔽勢能結(jié)果的原因。 該工作從實驗上系統(tǒng)地研究了低能區(qū)不同材料中D-D核反應(yīng)的屏蔽效應(yīng)以及動力學(xué)過程，并利用Monte Carlo程序?qū)@一過程進行了理論模擬。目前，在實驗數(shù)據(jù)處理過程中還存在一定的不確定性，如低能區(qū)下氘在相關(guān)材料中的阻止本領(lǐng)沒有