恒星氦燃烧阶段3α反应和12C(α,γ)16O反应相互竞争,两者的反应率共同决定了氦燃烧结束后12C与16O 的丰度比,该比值是大质量恒星后继演化以及伴随的元素核合成过程的初始条件.目前,氦燃烧12C(α,γ)16O反应起始T9 = 0.2 处,天体物理模型要求的反应率的精确度要低于10％,然而尚未有实验或理论给出满足要求的结果.最为直接和可靠地获取12C(α,γ)16O反应率的方法,就是尽可能往低能区测量其天体物理S 因子,然后通过理论外推到感兴趣的能区.为此基于经典的R-矩阵理论,建立了适用于低能核反应的多道、多能级的约化R-矩阵理论来拟合几乎所有可用的16O系统的实验数据.配合使用协方差统计和误差传播理论,拟合外推得到了客观的、内部自恰的和唯一性好的12C(α,γ)16O反应天体物理S 因子.总的外推S 因子STOT(0.3 MeV)= 162.7±7.3 keV·b,理论上首次给出达到恒星演化与元素核合成模型的最低要求的S 因子.基于计算给出的全能区的S 因子,数值积分给出了温度位于0.04≤T9≤10 的12C(α,γ)16O天体物理反应率.在T9 = 0.2 处,推荐的反应率为(7.83 ± 0.35)×10-15 cm3mol-1s-1.