宇宙中氟元素的起源问题迄今仍然是一个谜，它是当前核天体物理的一个重要研究方向。天文观测和天体理论认为，渐进巨星支（Asymptotic Giant Branch，简称AGB星）是氟元素的主要合成场所之一。天文观测到各种类型AGB星的氟丰度比太阳中的要高几十甚至上百倍，目前标准的AGB星模型尚无法解释这种氟超丰现象。从核物理的角度来讲，迫切希望测量一些关键核反应的截面，或者先进行理论预言，然后再通过实验证实。通过灵敏度检验的方法找到哪个是关键核反应。如果核物理输入量的不确定度都消除了，则需要改进天体物理模型，以重现天文观测数据，进而深化对AGB星及其演化图像的理解。

本工作对¹⁷O(n,g)¹⁸O的反应截面进行了详细的理论计算。首次计算了其直接辐射俘获和阈下共振的贡献，并利用蒙特卡洛方法计算了相应的误差（见图1）。可以看出，在1 ~ 100 keV能区，我们的结果比之前的要大很多。新计算的反应率在0.01 ~ 2 GK温度区间内基本上比其它反应率都要大，最大处比通常天体模型所用的JINA反应率库中的大80倍左右。与天体物理理论家合作，基于s-过程和r-过程模型进行了大量计算。非常有意思的是，在由闪驱动的对流混合的贫金属AGB星的主s-过程模型中，新的反应率可以使热脉冲间隙的¹⁸O和¹⁹F丰度增强20 ~ 40倍。这就为人们解释AGB星氟超丰问题打开了一个重要突破口。下一步，将对¹⁷O(n,g)¹⁸O的反应截面进行实验直接测量，如果实验能够证实本工作理论计算的反应截面，则氟超丰问题基本上就被解决了。

相关研究结果近日以“Thermonuclear ¹⁷O(n, g)¹⁸O Reaction Rate and Its Astrophysical Implications”为题发表在国际知名期刊《天体物理杂志》(The Astrophysical Journal)上。北京师范大学核科学与技术学院张立勇副教授为论文第一作者，何建军教授为第一通讯作者。北京师范大学核科学与技术学院为论文的第一单位。该工作得到了国家自然科学基金委杰出青年项目和面上项目等资助。

原文链接： https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac4697

 

 

 

图1：¹⁷O(n, g)¹⁸O反应在1 MeV以下的反应截面。本工作计算的截面以黑线和灰色阴影误差带子来表示。其他线表示当前数据库中的理论截面值。