近日，我校重離子核反應(yīng)與光核反應(yīng)團(tuán)隊(duì)、上海同步輻射光源SLEGS團(tuán)隊(duì)和河南省科學(xué)院核科學(xué)與技術(shù)研究所前沿核科學(xué)中心團(tuán)隊(duì)聯(lián)合在上海光源（SSRF）的激光電子伽馬源（SLEGS）實(shí)驗(yàn)站，成功測量了59Co在巨偶極共振能區(qū)內(nèi)的光中子反應(yīng)截面，相關(guān)成果發(fā)表于核物理國際頂尖期刊《物理評論C》（Physical Review C），我校物理學(xué)專業(yè)博士生周夢蝶與SLEGS團(tuán)隊(duì)郝子銳為論文共同第一作者，我校魏慧玲、上海光源SLEGS線站范功濤研究員、河南省科學(xué)院核科學(xué)與技術(shù)研究所馬春旺教授為論文共同通訊作者。
圖：59Co的（γ，n）反應(yīng)截面，紅色方塊為本次基于上海光源SLEGS線站和FED陣列的實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果
鈷的光中子反應(yīng)數(shù)據(jù)對輻射屏蔽設(shè)計、核廢料處理及加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)開發(fā)至關(guān)重要。團(tuán)隊(duì)利用SLEGS新開發(fā)的4π平效率中子探測器（FED）陣列測量了59Co的光中子反應(yīng)（γ,n）截面。FED陣列采用26個3He正比計數(shù)器，以低氣壓（2 atm）實(shí)現(xiàn)了約42%的平坦效率中子探測能力，顯著降低了傳統(tǒng)探測器對中子能量的依賴性。通過“環(huán)比技術(shù)”和Geant4模擬驗(yàn)證，該探測器在1 keV至4 MeV能區(qū)內(nèi)效率穩(wěn)定，為精確測量單中子、雙中子事件提供了可靠工具。
對59Co的（γ，n）測量結(jié)果，現(xiàn)有主要結(jié)果由日本NewSUBARU裝置、與Livermore實(shí)驗(yàn)室等提供。本次實(shí)驗(yàn)中入射伽馬能量覆蓋了從10.52 MeV（單中子反應(yīng)閾能值）至18.95 MeV（雙中子反應(yīng)閾能值）的范圍，所獲得結(jié)果與日本NewSUBARU裝置的測量結(jié)果高度吻合，驗(yàn)證了激光-電子康普頓散射（LCS）光源和FED陣列在（γ，n）反應(yīng)實(shí)驗(yàn)測量中的可靠性。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果同時顯示，在能量高于17 MeV時，與Livermore實(shí)驗(yàn)室以及基于軔致輻射源的測量結(jié)果存在顯著差異。本次實(shí)驗(yàn)還排除了在GDR共振區(qū)文獻(xiàn)中報道的多峰結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)國際評價數(shù)據(jù)庫TENDL-2023在15 MeV以上能區(qū)明顯低估了實(shí)驗(yàn)值。
基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，團(tuán)隊(duì)還提取了59Co的伽馬強(qiáng)度函數(shù)（γSF），并首次計算了不穩(wěn)定核素58Co的中子俘獲截面。通過TALYS-1.96理論模型優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)Hybrid model與日本核數(shù)據(jù)庫JENDL-5的評價結(jié)果最為接近。此項(xiàng)成果精確測量不僅解決了長期存在的數(shù)據(jù)分歧，為核數(shù)據(jù)提供了高精度實(shí)驗(yàn)支持，還為相關(guān)核技術(shù)的發(fā)展奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，還在核工程、輻射防護(hù)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值。
（撰稿/圖片：周夢蝶，審核/馬春旺）
參考文獻(xiàn)：
M.-D. Zhou, et al., Measurement of 59Co(γ, n)58Co using a new flat-efficiency neutron detector at the Shanghai Laser Electron Gamma Source, Phys. Rev. C 111 (2025) 054612, https://doi.org/10.1103/PhysRevC.111.054612