| Project/Area Number |
22H00136
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
宮武 宇也 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, その他部局等, 名誉教授 (50190799)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平山 賀一 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (30391733)
向井 もも 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教 (10823726)
渡邉 裕 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (50353363)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥42,120,000 (Direct Cost: ¥32,400,000、Indirect Cost: ¥9,720,000)
Fiscal Year 2025: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2023: ¥13,130,000 (Direct Cost: ¥10,100,000、Indirect Cost: ¥3,030,000)
Fiscal Year 2022: ¥12,870,000 (Direct Cost: ¥9,900,000、Indirect Cost: ¥2,970,000)
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| Keywords | 天体核物理 / 早い中性子捕獲過程 / 天体における重元素合成 / 実験核物理 / r-過程終焉部の核物理実験 / ウラン・超ウラン領域の質量測定 / 放射性同位体の超微細構造測定 / 低速放射性同位体のマニュピュレーション技術 / 放射同位体の超微細構造測定 / 天体核物理実験 / r-過程研究 |
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| Outline of Research at the Start |
独自開発のβ遅延核分裂測定器を完成させて、原子核実験上未踏領域であったr-過程終焉部の研究を開始する。具体的にはフランシウム(Fr)からプルトニウム(Pr)に及ぶ未知中性子過剰核を生成し、核分裂障壁および質量と崩壊様式の高精度測定を進める。
並行して、本研究グループで進めている高強度ウランビーム利用による、従来に比べて１万倍の高効率を持つ測定施設(KISS-II)の検討・建設を進めて、遅発核分裂片測定器による世界に先駆けた超重元素領域の系統的核分裂事象研究の開始を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度にウランと白金との多核子移行反応実験を遂行。多重反射型飛行時間測定式質量分光器(MRTOF-MS)によって未知同位体241Uの同定に成功し、多核子移行反応の有効性も示せた。高性能レーザーの導入でレーザーシステムの高度化を行なった。2023年度からは、(1)レーザー分光の推進、(2)大型ヘリウムガスセルとアルゴンガスセルの開発、(3)質量と崩壊分光の同時測定用γ-TOF検出器開発、さらに2024年度から、(4)GAGG結晶を組込んだ核分裂測定器開発を開始した。
(1)では185, 187, 191, 192Reのレーザー核分光に成功。核反応生成量の少ない中性子過剰重元素同位体の分光研究が可能となった。N=126近傍あるいはr-過程終端領域の核構造変化を捉える上で、重要な手段となった。2024年度に189W, 187Ta核分光実験の成果を公開できた。
(2)ではヘリウムガスセルの原型モデルで、効率を落とさずに、従来より一桁以上高強度の一次ビームによる実験が可能となった。他方、高強度一次ビームの条件下で中性原子を引出すための大型アルゴンガスセルは、イオン化効率の改善は難しいことが判明した。2024年度からは、ヘリウムガスセル原型モデルによる超ウラン同位体の実験を継続するとともに、大型ヘリウムガスセルの実機製作を開始した。
(3)では、イオン光学ソフトによる設計最適化を行った。その後、開発担当者が就職移動したため、開発速度が低下した。
(4)では、次世代研究プロジェクトKISS IIに向けた中間段階設備、KISS-1.5建設が特別推進研究として認められた。そこで2024年後半より、KISS-1.5で導入予定の核分裂測定器開発を、九州大学との共同開発として始めた。手始めにGAGG結晶の電子線に対する応答測定を目指して、GEANTシミュレーションを用いた性能試験の検討を行なった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
多核子移行反応によって、r-過程終焉部の中性子過剰なウラン・超ウラン同位体を生成し測定できることを、実験で示すことができた。当初の狙い通り、KISS焦点面に高分解能質量測定器MRTOF-MSを組み込むことで、高いS/N比で未知同位体を検出すると同時に質量の測定が可能となり、未知核同定などに成果を出せた。レーザーシステムを一新し、強度の高いレーザーの安定な運転環境が実現し、希少生成率の未知短寿命原子核に対するレーザー核分光を実施できた。ここまでは、当初の研究計画通りの進展だと言える。
MRTOF-MSをイオン計測のプローブとすることで、放射線検出では測定の難しい長寿命RIの超微細構造測定が可能となった。研究開始当初意識されていなかった、新たな測定手法の発明であり、高いS/N比を持つMRTOF-MSの原子核同定能力によるものであり、超微細構造測定の対象範囲の拡大に大きく貢献した。
他方、終焉部の未知原子核の生成に欠かせない大型ガスセルの開発研究では、ヘリウムガスセルは目論見通りの進展を見せたが、アルゴンガスセルの開発は困難に遭遇した。
またKISSの測定ステーションにおける、γ-TOF装置の開発・設置は、マンパワー不足により開発速度が落ちた。ウラン標的の使用は許可が得られており研究環境は整ったが、ガスセルと検出器の整備が喫緊の課題となっている。同様に核分裂測定器の開発速度向上も、今後の課題である。
以上の状況から、当初の目標に掲げていた、キュリウム標的へのウランビーム照射による終焉部未知核の生成・引出しは、可能な状況になったが、検出器系の開発が遅れているため、今後の計画期間中に終焉領域の未知原子核にアプローチすることはスケジュール的に難しい。しかし、その前段で想定していたウラン標的＋ウランビームによる質量測定、崩壊分光などの終焉部の開拓研究に先鞭をつけるところまでは目指せそうである。
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| Strategy for Future Research Activity |
装置の開発という観点からは、所定の性能を示すことができたヘリウムガスセルの実機を製作し、いち早く本実験を開始することが重要である。これによって、白金やウラン標的にウランビームを照射し、多核子移行反応で得られたr-過程終焉部に迫る未知中性子過剰核の精密質量測定及び、既存の崩壊分光測定システムによる系統的な核構造研究が始められる。
他方で懸案のγ-TOF検出器の製作については、マンパワーの増強を図って、MRTOF-MSと崩壊分光の同時測定システムの構築を目指す。試作機段階のγ-TOF検出器が完成しており、人材確保の目処も立っているので、速やかにオンライン性能試験を行い、本実験に臨みたい。開発の遅れていた核分裂測定器においても、共同研究の目処が立ったので、次年度は、開発速度を上げることができる。本研究期間内に、核分裂片の測定にまで漕ぎ着けたい。
高強度ビームにおいても引き出し効率を維持することを目的に開発した大型アルゴンガスセルは、開発上の克服すべき課題が多く、マンパワー的にもそちらの改良に時間を割けないことから、当面はヘリウムガスセルによる研究の推進に重点を移す。他方で、アルゴンガスセルの開発を中断することで、レーザーシステムによる超微細構造測定は既存アルゴンガスセルによる対象が限定された測定となる。しかし終焉部での超微細構造測定は本研究の物理課題の一翼を担うものであり、科研費研究期間内での実現が難しいものになりつつあるが、他の研究費目による短寿命核イオンの中性化装置開発などを基礎にして、KISS 1.5設備での速やかな測定開始の可能性を目指していきたい。
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