Microscopic description of fundamental nucleosynthesis processes by large-scale shell-model calculations
| Project/Area Number |
20K03981
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
宇都野 穣 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主席 (10343930)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 則孝 筑波大学, 計算科学研究センター, 准教授 (30419254)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | 大規模殻模型計算 / 核構造 / 殻進化 / 不安定核 / r過程 / 殻模型 / 元素合成 / 光核反応 / 核準位密度 / 中性子捕獲断面積 |
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| Outline of Research at the Start |
地球上に存在する元素の起源は、科学における最も重要な問題の一つである。ウランなどの重元素は、中性子を非常に速く吸収した後にベータ崩壊する、rプロセスと呼ばれる過程で生成されたと考えられているが、その天文学的起源は未だ完全にはわかっていない。本研究では、rプロセスを記述するために必要な、中性子過剰な原子核に対する中性子捕獲断面積を大規模数値計算によって精度良く与える。これらの多くは実験で直接的に求めることがほぼ不可能であり、理論計算が強く求められている。こうして、rプロセスの記述に寄与することを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
陽子数と中性子数が同数である偶偶核で鉄よりも陽子数の小さなものは、恒星中の元素合成において中心的な役割を果たす。そのうち、炭素12核とカルシウム40核の大規模殻模型計算によって、これらの核構造についての新しい知見を得た。
炭素12核については、現実的核力を用いた第一原理モンテカルロ殻模型計算を遂行し、ホイル状態と呼ばれる第2励起状態のクラスター構造を調べた。殻模型計算によって物体固定系の密度分布を得る新手法をその状態に適用したところ、ホイル状態は3個のアルファ粒子がゆるく結合したクラスター構造が主であるとともに、液滴状態も混合しているという結果が得られた。その両者の混合によって基底状態への電磁遷移が大きくなり、炭素12核の基底状態がトリプルアルファ反応で得られるというシナリオが得られた。この成果は、Nature Communications誌に出版された。
カルシウム40核については、最近実験で観測された、超変形状態から基底（球形）状態へのE0遷移が極めて小さくなるメカニズムを調べた。従来、異なる2つの原子核形状からのE0遷移は両者の変形度の差と波動関数の混合の割合という2つの量と関係づけられてきたが、カルシウム40核では3つの異なる原子核形状が共存、混合することによって、波動関数の符号というこれまで考慮されてこなかった量が重要な役割を果たし、それによって極めて抑制されたE0遷移行列要素が生じることがわかった。この成果は、実験との共著論文として、Physical Review Letters誌に出版された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
元素合成過程に重要な役割を果たす核構造の研究に関しては研究実績の概要で記したような重要な成果が挙がった。しかし、こうした基底状態近傍の核構造研究に時間がかかり、当初予定した、光核反応や核準位密度の研究に関しては、一部の原子核しか計算結果が出ていないため、やや遅れていると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
核準位密度やガンマ線強度関数の殻模型計算を遂行するため、その分野の研究が活発なオスロ大学との共同研究を進める。2023年度からオスロ大学の大学院生と共同研究を進める準備ができている。
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Report
(3 results)
Research Products
(48 results)
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[Journal Article] Large collectivity in 29Ne at the boundary of the island of inversion2023
Author(s)
Revel A.、Wu J.、Iwasaki H.、Ash J.、Bazin D.、Brown B.A.、Chen J.、Elder R.、Farris P.、Gade A.、Grinder M.、Kobayashi N.、Li J.、Longfellow B.、Mijatovic T.、Pereira J.、Poves A.、Sanchez A.、Shimizu N.、Spieker M.、Utsuno Y.、Weisshaar D.
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Journal Title
Physics Letters B
Volume: 838
Pages: 137704-137704
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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