【儀表網 研發快訊】光中子反應截面是核物理、核天體物理及核技術應用中的關鍵參數。自上世紀60年代以來，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(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據存在系統性差異，雖經多次實驗評估，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以下能區伽馬射線束流線，通過改變激光與上海光源(SSRF)儲存環電子束的相互作用角度，可實現0.66 MeV至21.7 MeV能量連續可調的準單能伽馬射線。SLEGS于2023年開放運行，具備5-15%的能量分辨率與105-107光子/s的高通量特性，為光核反應研究提供了國際領先的實驗平臺(圖1)。激光伽馬專業組在首次實驗中系統測量了197Au和159Tb的(γ,1n)光中子反應截面，對SLEGS特色的光中子截面測量方法學做了檢驗，為將來光核數據的系統性差異解決提供了研究基礎與實驗條件。
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，發表在《Science Bulletin》 2025年第70卷上。團隊利用SLEGS產生的準單能伽馬束流，結合自主研發的平坦效率中子探測器陣列(FED探測器，采用26根3He正比計數管嵌入聚乙烯慢化體，中子探測效率高達~40%，系統誤差控制在3.02%以內，保障了數據的高精度與可靠性)對197Au和159Tb光中子截面進行了系統測量。實驗通過直接解卷積法(Direct Unfolding)重建入射伽馬能譜，結合環比技術(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據。結果表明SLEGS數據與日本NewSUBARU裝置的激光康普頓散射伽馬源測量結果數據符合一致，以及優于Livermore和Saclay正電子飛行湮滅伽馬源的數據(圖2)，實驗驗證了SLEGS裝置和測量方法的可靠性，也為未來系統解決其余核素的數據差異奠定了基礎。
圖2. SLEGS和Livermore、Saclay測量的197Au(γ,1n)196Au，159Tb(γ,1n)158Tb截面對比
該研究由中國科學院上海高等研究院、中國科學院上海應用物理研究所、中國科學院大學、復旦大學現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。研究獲得國家重點研發計劃、國家自然科學基金、核數據重點實驗室開放基金支持。
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