南华大学罗文教授团队在中子俘获截面实验测量方面取得阶段性进展

近日，我院罗文教授团队青年教师李鑫祥在中科院一区期刊《Nuclear Science and Techniques》上发表题为“Experimental extraction of neutron resonance parameters at 20-300 eV for^147,149Sm”的学术论文。

宇宙中98%的超铁元素都是由慢速中子俘获反应（s-process）和快速中子俘获反应（r-process）产生的，¹⁴⁷Sm和¹⁴⁹Sm位于s-process的主要路径上，它们的中子俘获截面在天体网络计算中具有重要作用。另一方面，¹⁴⁹Sm是²³⁵U的裂变产物，它的中子共振参数以及热中子吸收截面直接影响了核反应堆设计。由于实验数据的缺乏，不同的主流评价核数据库之间的差异可高达10000%，严重影响了相关数据的应用。

图1：不同评价核数据库关于¹⁴⁹Sm中子俘获截面的相对ENDF/B-VIII.0库的偏差

针对上述问题，研究团队基于中国散裂中子源Back-n装置开展了天然钐靶中子俘获截面实验测量，获得了^natSm中子俘获产额实验数据。进一步地，采用GEANT4模拟了天然钐靶在有无吸收片情况下的探测器计数。通过实验和模拟相结合，有效弥补了早期Back-n实验中束内伽马射线本底测量的相对不足，并且提出了天然靶材中子结合能的新算法，相对于过去文献提供的方法有效降低了不确定度。利用基于R矩阵理论的SAMMY程序成功提取了20-300 eV能区^147,149Sm的中子共振参数，有助于澄清该能区不同评价核数据库的分歧。

图2：本工作所提取的^147,149Sm中子共振参数与现有的评价和数据库对比

论文的第一作者和第一通讯作者为李鑫祥老师，我院罗文教授和中科院上海高等研究院王宏伟研究员为论文共同通讯作者。近年来，罗文教授团队在中子俘获截面实验研究方面已累积发表学术论文5篇[Phys. Rev. C 106, 065804 (2022)；Eur. Phys. J. A 58:251 (2022)；Phys. Rev. C 108, 035802 (2023)；Phys. Rev. C 111, 054607 (2025)；Nucl. Sci. Tech. 36:178 (2025)]，所测量的部分实验数据被国际核反应实验数据库EXFOR收录，部分相关工作应用于《中国评价核数据库》研究。

该研究得到了湖南省自然科学基金（2025JJ60020）、国家重点研发计划（2022YFA1603300）、国家自然科学基金（12275338、12388102）以及中国原子能科学研究院（CIAE-FWGKJT-23-0820）的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1007/s41365-025-01754-9