上海高研院在光中子截面测量领域取得新进展

光中子反应截面是核物理、核天体物理及核技术应用中的关键参数。自上世纪60年代以来，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Livermore）和法国萨克莱核研究中心（Saclay）使用正电子飞行湮灭伽马源所测数据存在系统性差异，虽经多次实验评估，仍未完全解决，急需重新测量和评价。上海激光电子伽马源（SLEGS）是上海光源二期建设的国际首条基于激光康普顿斜入射（Laser Compton Slant-Scattering, LCSS）模式的22MeV以下能区伽马射线束流线，通过改变激光与上海光源（SSRF）储存环电子束的相互作用角度，可实现0.66 MeV至21.7 MeV能量连续可调的准单能伽马射线。SLEGS于2023年开放运行，具备5-15%的能量分辨率与10⁵-10⁷光子/s的高通量特性，为光核反应研究提供了国际领先的实验平台（图1）。激光伽马专业组在首次实验中系统测量了¹⁹⁷Au和¹⁵⁹Tb的(γ,1n)光中子反应截面，对SLEGS特色的光中子截面测量方法学做了检验，为将来光核数据的系统性差异解决提供了研究基础与实验条件。

图1.SLEGS线站布局示意图

该研究成果以“The day-one experiment at SLEGS: systematic measurement of the (γ,1n) cross sections on 197Au and 159Tb for resolving existing data discrepancies”为题，发表在《Science Bulletin》 2025年第70卷上。团队利用SLEGS产生的准单能伽马束流，结合自主研发的平坦效率中子探测器阵列（FED探测器，采用26根3He正比计数管嵌入聚乙烯慢化体，中子探测效率高达~40%，系统误差控制在3.02%以内，保障了数据的高精度与可靠性)对¹⁹⁷Au和¹⁵⁹Tb光中子截面进行了系统测量。实验通过直接解卷积法（Direct Unfolding）重建入射伽马能谱，结合环比技术（Ring-Ratio）推算中子平均能量与探测器效率，最终通过奥斯陆（Oslo）方法获得单能截面数据。结果表明SLEGS数据与日本NewSUBARU装置的激光康普顿散射伽马源测量结果数据符合一致，以及优于Livermore和Saclay正电子飞行湮灭伽马源的数据（图2），实验验证了SLEGS装置和测量方法的可靠性，也为未来系统解决其余核素的数据差异奠定了基础。

图2.SLEGS和Livermore、Saclay测量的¹⁹⁷Au(γ,1n)¹⁹⁶Au，¹⁵⁹Tb(γ,1n)¹⁵⁸Tb截面对比

该研究由中国科学院上海高等研究院、中国科学院上海应用物理研究所、中国科学院大学、复旦大学现代物理研究所等单位合作完成。论文第一作者为郝子锐博士，通讯作者为范功涛研究员、王宏伟研究员和马余刚院士。研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、核数据重点实验室开放基金支持。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.05.037