光中子反應(yīng)截面是核物理、核天體物理及核技術(shù)應(yīng)用中的關(guān)鍵參數(shù)。自上世紀(jì)60年代以來，美國勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（Livermore）和法國薩克萊核研究中心（Saclay）使用正電子飛行湮滅伽馬源所測數(shù)據(jù)存在系統(tǒng)性差異，雖經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)評估，仍未完全解決，急需重新測量和評價。上海激光電子伽馬源（SLEGS）是上海光源二期建設(shè)的國際首條基于激光康普頓斜入射（Laser Compton Slant-Scattering, LCSS）模式的22MeV以下能區(qū)伽馬射線束流線，通過改變激光與上海光源（SSRF）儲存環(huán)電子束的相互作用角度，可實(shí)現(xiàn)0.66 MeV至21.7 MeV能量連續(xù)可調(diào)的準(zhǔn)單能伽馬射線。SLEGS于2023年開放運(yùn)行，具備5-15%的能量分辨率與10⁵-10⁷光子/s的高通量特性，為光核反應(yīng)研究提供了國際領(lǐng)先的實(shí)驗(yàn)平臺（圖1）。激光伽馬專業(yè)組在首次實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)測量了¹⁹⁷Au和¹⁵⁹Tb的(γ,1n)光中子反應(yīng)截面，對SLEGS特色的光中子截面測量方法學(xué)做了檢驗(yàn)，為將來光核數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性差異解決提供了研究基礎(chǔ)與實(shí)驗(yàn)條件。

圖1.SLEGS線站布局示意圖

該研究成果以“The day-one experiment at SLEGS: systematic measurement of the (γ,1n) cross sections on 197Au and 159Tb for resolving existing data discrepancies”為題，發(fā)表在《Science Bulletin》 2025年第70卷上。團(tuán)隊(duì)利用SLEGS產(chǎn)生的準(zhǔn)單能伽馬束流，結(jié)合自主研發(fā)的平坦效率中子探測器陣列（FED探測器，采用26根3He正比計(jì)數(shù)管嵌入聚乙烯慢化體，中子探測效率高達(dá)~40%，系統(tǒng)誤差控制在3.02%以內(nèi)，保障了數(shù)據(jù)的高精度與可靠性)對¹⁹⁷Au和¹⁵⁹Tb光中子截面進(jìn)行了系統(tǒng)測量。實(shí)驗(yàn)通過直接解卷積法（Direct Unfolding）重建入射伽馬能譜，結(jié)合環(huán)比技術(shù)（Ring-Ratio）推算中子平均能量與探測器效率，最終通過奧斯陸（Oslo）方法獲得單能截面數(shù)據(jù)。結(jié)果表明SLEGS數(shù)據(jù)與日本NewSUBARU裝置的激光康普頓散射伽馬源測量結(jié)果數(shù)據(jù)符合一致，以及優(yōu)于Livermore和Saclay正電子飛行湮滅伽馬源的數(shù)據(jù)（圖2），實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了SLEGS裝置和測量方法的可靠性，也為未來系統(tǒng)解決其余核素的數(shù)據(jù)差異奠定了基礎(chǔ)。

圖2.SLEGS和Livermore、Saclay測量的¹⁹⁷Au(γ,1n)¹⁹⁶Au，¹⁵⁹Tb(γ,1n)¹⁵⁸Tb截面對比

該研究由中國科學(xué)院上海高等研究院、中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所、中國科學(xué)院大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)現(xiàn)代物理研究所等單位合作完成。論文第一作者為郝子銳博士，通訊作者為范功濤研究員、王宏偉研究員和馬余剛院士。研究獲得國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、核數(shù)據(jù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.05.037