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申请课题的研究目标怎么写 研究目标怎么写 范例( 二 )

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这样，自然界中存在的所有元素便有了合理的解释 。但对于科学家们来说，他们只获得了大致的图景，这其中还有许多科学问题人类知之甚少，比如：s-和i-过程的中子是从哪来的？
中子的来源
在宇宙的“点石成金”过程中，中子就像驱动这个过程的魔法炮弹 。没有中子，谈什么“中子俘获”过程呢！可中子，又是从哪来的呢？
1954年，Cameron和Greenstein提出，s-过程主要的中子来源之一是恒星中的13C(α,n)16O反应（另外一个重要来源是22Ne(α,n)25Mg反应） 。这个反应式表示的意思是：一个碳-13原子核吸收一个α粒子（氦-4原子核），放出一个中子（n），形成氧-16原子核 。
这个反应主要发生在渐进红巨星分支（AGB星，五十亿年后的太阳将变成这种星体）中 。这里既有充足的碳-13和α粒子，也有合适的温度(9千万度以上)让它们发生反应释放中子，也是s-过程发生的主要场所 。最近的天体模型研究表明，在古老恒星中，13C(α,n)16O反应可以在更高的温度燃烧，为i-过程提供所需的中子 。
图13C(α,n)16O反应主要发生在AGB星中的氢与氦的燃烧壳层之间，这里的温度大约为9千万度 。图|高丙水
地面实验的局限性
为了更加深入地研究s-和i-过程，科学家还需要知道13C(α,n)16O反应的反应速率究竟有多快，因为这直接决定了中子俘获过程的中子产额和通量，从而决定了可以合成出多少“金子” 。
而要想精确计算恒星中的核反应速率，必须找准特定的能量区域——“伽莫夫窗口” 。s-和i-过程中，发生13C(α,n)16O反应的伽莫夫窗口分别位于0.19和0.35MeV附近的能量区域 。
可是，位于伽莫夫窗口的反应截面极低 。以s-过程为例，如果用2万亿亿个α粒子轰击碳-13同位素，才有1个反应发生 。这简直是魔鬼窗口！
因此，长期以来，对该反应截面的直接测量是核天体物理领域的一大疑难问题，被列为该领域的重要研究目标之一 。自上世纪五六十年代起，科学家们对这个反应进行了大量的实验测量，已在高能区（0.3MeV以上）积累了宝贵的实验数据 。然而，由于地面测量无法继续推进到伽莫夫窗口，导致不同测量结果之间存在数倍的分歧，误差极大，完全不能满足天体模型计算对该反应速率的精度要求 。
在20世纪80年代，比利时年轻的理论家Descouvemont指出，伽莫夫窗口的反应截面被一个非常低能的共振所主宰，只有把测量推进到0.3MeV以下能区，才能真正看到这个重要成分的存在 。这可给核物理实验学家出了一个大难题 。中国原子能科学研究院等多个团队先后尝试使用了一些间接方法来确定这个成分的贡献，但是他们得到的结论仍存在较大分歧 。
图地面实验测量结果无法推进到伽莫夫窗口，误差大且有分歧 。数据源|取自文献[3-6]）
征服伽莫夫能区
如何在伽莫夫能区实现精确测量呢？摆在科学家面前最大的挑战来自于宇宙射线造成的本底干扰 。无孔不入的宇宙射线会在探测装置上产生大量中子，使本就稀有的核反应事例被淹没在如汪洋大海般的本底中 。
为了屏蔽宇宙射线，开展深地实验研究已成为必然趋势 。宇宙射线在穿透山体时会损失一部分粒子，只要山头足够高，屏蔽宇宙射线不是问题！
2021年，意大利科学家（LUNA合作组）利用1400米厚的山体岩石屏蔽宇宙射线，率先突破地面实验中的0.3MeV能量下限，这无疑是13C(α,n)16O反应截面测量中一个里程碑式的巨大进步 。但是他们的加速器只能覆盖0.23-0.3MeV的狭窄能区，仍然无法解决现有数据的分歧 。
从2015年开始，JUNA合作组同样把目标瞄准了这一反应 。

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