9月28日，原子能院核天体物理团队再次在国际天体物理顶级刊物《The Astrophysical Journal》发表重要实验成果——《用替代比率法测量的铁-59（⁵⁹Fe）的中子俘获截面及其在铁-60（⁶⁰Fe）合成中的影响》。该研究成果首次全面测量了⁶⁰Fe的生成反应⁵⁹Fe(n，γ)⁶⁰Fe截面，并计算了⁶⁰Fe在大质量恒星中的生成情况，为银河系中活跃的⁶⁰Fe核合成研究提供关键核物理输入量，以研究大质量恒星核合成、早期太阳系形成以及太阳系附近超新星事件。该研究成果第一作者和通讯作者为颜胜权研究员，柳卫平研究员和M. Lugaro教授为共同通讯作者。此前，该团队曾在刊物上发表《用替代比率法测量的锆-95的中子俘获截面及其在慢中子俘获核合成中的影响》《¹³C(α，n)¹⁶O新反应率及其在AGB星慢中子俘获核合成中的影响》。

铁-59中子俘获截面
在元素领域中，科学家们长久以来致力于对⁶⁰Fe的研究。⁶⁰Fe的半衰期只有260万年，太阳系形成之初存在的⁶⁰Fe早已消耗殆尽，因此地球上异常存在的⁶⁰Fe引起了科学家们强烈的兴趣。科学家们曾在地球上的深海锰结核矿石、北极雪层、月壤和陨石颗粒中，都发现了丰度较高的⁶⁰Fe，同时通过发射到太空中的射线望远镜，科学家也大量观测到了银河系银盘中大量源于⁶⁰Fe衰变子体⁶⁰Co发射的的γ射线，从而确定⁶⁰Fe的生成在我们太阳系周围，甚至于整个银河系中都十分活跃。据观测测算，银河系中存在的⁶⁰Fe总量可达1-2个太阳质量。同时科学家们还判定，地球上发现的⁶⁰Fe是源于太阳系附近约百万年间的超新星爆发。
来到地球或太阳系中的⁶⁰Fe，就像是恒星爆发前派出的信使，或是其扔出的时光漂流瓶，人们可以通过分析⁶⁰Fe的丰度、在雪层或者锰结核中的深度分布，解析恒星的质量和爆发时间，从而进一步解析大质量恒星的结构、重元素生成的环境等信息。
然而⁶⁰Fe的产生却并不容易。在大质量恒星中，⁶⁰Fe主要通过⁵⁹Fe(n，γ)⁶⁰Fe反应生成，但该反应的种子核⁵⁹Fe半衰期仅为44.5天，⁵⁹Fe的衰变与中子俘获之间的竞争决定了⁶⁰Fe能否生成以及生成量。此前虽已有大量工作研究了产生与摧毁⁶⁰Fe的核衰变与核反应，但由于⁵⁹Fe的半衰期较短，无法制靶对⁵⁹Fe(n，γ)⁶⁰Fe反应截面进行直接测量，缺乏可靠的实验测量数据，这是研究⁶⁰Fe生成的主要困难。

为了解决这项难题，原子能院核天体物理团队创新性地采用了(¹⁸O,¹⁶O)双中子转移反应的替代比率法，首次全要素地间接测量⁵⁹Fe(n，γ)⁶⁰Fe截面，得到了相较于以往研究更为全面可靠的截面。同时根据截面测量结果，本工作还计算了15倍、20倍太阳质量的大质量恒星在爆炸前⁶⁰Fe的生成情况，为推进⁶⁰Fe相关研究提供重要的数据支持。
该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、财政部稳定支持和中核集团领创项目等支持。（文/核物理所）