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高エネルギーガンマ線観測による複合核脱励起過程の研究

Research Project

Project/Area Number 22K03664
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research InstitutionJapan Atomic Energy Agency

Principal Investigator

牧井 宏之  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, 研究職 (20425573)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Keywords核分裂 / 複合核 / 核異性体 / ガンマ線分光
Outline of Research at the Start

恒星進化の過程で鉄よりも重い元素がどのように生成されるかを理解するため、原子核が中性子を吸収して生成される複合核と呼ばれる状態がどのようにガンマ線を放出して脱励起する(冷える)かを調べる。本研究では複合核に相当する状態を一つの原子核が二つに分かれる、核分裂という現象を用いて生成する。核分裂では様々な中性子過剰な原子核が生成される特徴がある。核分裂でどのような複合核が生成されて、どのようなエネルギー分布でガンマ線が放出されるかを、核分裂片やガンマ線を計測することで詳しく調べ、原子核が中性子を吸収した後にどのように冷えていくかを理解することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

鉄よりも重い元素の中性子捕獲反応率は、星の中での元素合成過程を理解する上で重要な基礎データであるが、特に短寿命の中性子過剰な原子核で直接測定を行うことは現在の技術では不可能である。そのため、理論計算を用いて反応率を求めることになるが、中性子捕獲反応で生成される複合核がガンマ線等を放出して冷える過程(脱励起過程)の計算に不確かさが大きいため、高い精度で反応率を予想することは困難である。本研究では反応率の予測精度を向上するために必要になる複合核の脱励起過程の理解を進めるため、一度に多くの中性子過剰な複合核を生成することができる核分裂に伴って放出されるガンマ線を高精度で観測する手法の確立を目指す。このため、同一の事象で核分裂片(複合核)、複合核から直ちに放出される即発ガンマ線、複合核の脱励起過程で生成される核異性体から遅れて放出される遅発ガンマ線の同時計測を実現させる。
本年度は、前年度に引き続いてガンマ線計測システムの改良をすすめた。核分裂片検出器は一般市場で発電用として流通する単結晶シリコン太陽電池セルを検出器として取扱安い大きさ(~数平方センチメートル)に切断し、信号を取り出すための配線を施し製作し、ほぼ2πの大立体角を覆うように配置した。キュリウム248の自発核分裂からの核分裂片やガンマ線を観測することにより即発ガンマ線測定用のLaBr3(Ce)シンチレーション検出器と遅発ガンマ線測定用のGe検出器の配置を決定した。改良したガンマ線計測システムを用いて自発核分裂からの核分裂片・即発ガンマ線・遅発ガンマ線の同時計測を行うことに成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

キュリウム248標的に陽子ビームを照射し、陽子誘起核分裂反応の測定を行う予定であったが、原子力機構タンデム加速器施設の建屋補修工事やビーム輸送用機器の故障の影響で予定されていた実験を実施することができず、自発核分裂を用いた核分裂片とγ線の同時計測の成功にとどまった。そのため、当初の計画と比較してやや遅れていると評価した。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、自発核分裂からの核分裂片やガンマ線を利用してガンマ線計測システムの改良を進め、陽子誘起核分裂反応の測定を実現する。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Search for the 6α condensed state in 24Mg using the 12C+12C scattering2024

    • Author(s)
      Fujikawa Y.、Kawabata T.、Adachi S.、Enyo S.、Furuno T.、Hijikata Y.、Himi K.、Hirose K.、Honda Y.、Inaba K.、Makii H.、Miyamoto K.、Murata M.、Nishio K.、Okamoto S.、Orlandi R.、Sakanashi K.、Suzaki F.、Tsuji S.、Yahiro K.、Zenihiro J.
    • Journal Title

      Physics Letters B

      Volume: 848 Pages: 138384-138384

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2023.138384

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Measurement of double-differential neutron yields for iron, lead, and bismuth induced by 107-MeV protons for research and development of accelerator-driven systems2023

    • Author(s)
      Iwamoto Hiroki、Nakano Keita、Meigo Shin-ichiro、Satoh Daiki、Iwamoto Yosuke、Sugihara Kenta、Nishio Katsuhisa、Ishi Yoshihiro、Uesugi Tomonori、Kuriyama Yasutoshi、Yashima Hiroshi、Okabe Kota、Makii Hiroyuki、Hirose Kentaro、Orlandi Riccardo、Suzaki Fumi、Oizumi Akito、Tsukada Kazuaki、Maekawa Fujio、Mori Yoshiharu
    • Journal Title

      EPJ Web of Conferences

      Volume: 284 Pages: 01023-01023

    • DOI

      10.1051/epjconf/202328401023

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Measurement of 107-MeV proton-induced double-differential thick target neutron yields for Fe, Pb, and Bi using a fixed-field alternating gradient accelerator at Kyoto University2022

    • Author(s)
      Iwamoto Hiroki、Nakano Keita、Meigo Shin-Ichiro、Satoh Daiki、Iwamoto Yosuke、Sugihara Kenta、Nishio Katsuhisa、Ishi Yoshihiro、Uesugi Tomonori、Kuriyama Yasutoshi、Yashima Hiroshi、Okabe Kota、Makii Hiroyuki、Hirose Kentaro、Orlandi Riccardo、Suzaki Fumi、Oizumi Akito、Tsukada Kazuaki、Maekawa Fujio、Mori Yoshiharu
    • Journal Title

      Journal of Nuclear Science and Technology

      Volume: 60 Issue: 4 Pages: 435-449

    • DOI

      10.1080/00223131.2022.2115423

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] New K isomers in 248Cf2022

    • Author(s)
      Orlandi R.、Makii H.、Nishio K.、Hirose K.、Asai M.、Tsukada K.、Sato T. K.、Ito Y.、Suzaki F.、Nagame Y.、Andreyev A. N.、Ideguchi E.、Aoi N.、Pham T. T.、Yan S. Q.、Shen Y. P.、Gao B.、Li G.
    • Journal Title

      Physical Review C

      Volume: 106 Issue: 6

    • DOI

      10.1103/physrevc.106.064301

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 太陽電池を用いた核分裂片検出器の開発2024

    • Author(s)
      牧井 宏之、オルランディ リカルド、石井 哲朗、原田 壮太、田原 知岳、上野 雅己、浅井 雅人、廣瀬 健太郎、塚田 和明、西尾 勝久
    • Organizer
      日本原子力学会2024年春の年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 直接代理反応法による中性子入射断面積の決定2024

    • Author(s)
      西尾 勝久、岩本 修、牧井 宏之、廣瀬 健太郎、Orlandi Riccardo、洲嵜 ふみ、塚田 和明、浅井 雅人、Smallcombe James
    • Organizer
      日本原子力学会2024年春の年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 多核子移行反応における移行角運動量の測定2024

    • Author(s)
      廣瀬 健太郎、西尾 勝久、牧井 宏之、オルランディ リカルド、洲嵜 ふみ、塚田 和明、浅井 雅人、佐藤 哲也、伊藤 由太、田中 翔也
    • Organizer
      日本原子力学会2024年春の年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] JAEA反跳生成核分離装置を用いた多核子移行反応における蒸発残留核生成断面積の測定2024

    • Author(s)
      洲嵜ふみ、西尾勝久, A.N. Andreyev、廣瀬健太郎, オルランディ リカルド, 牧井宏之, スモールコーム ジェームス, T.T. Pham、伊藤由太, 浅井雅人, 塚田和明, 佐藤哲也, 小川達彦, 宮武宇也、渡邉裕、平山賀一、 鄭淳讃、向井もも、庭瀬暁隆、久保野茂、岩佐直仁
    • Organizer
      日本物理学会春季大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Measurement of prompt γ-ray spectrum for 235U(nth,f)2023

    • Author(s)
      Hiroyuki Makii
    • Organizer
      6th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 太陽電池の重イオン検出器としての応答2022

    • Author(s)
      浅井 雅人、石橋 優一、庭瀬 暁隆、牧井 宏之他
    • Organizer
      日本放射化学会第66回討論会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 多核子移行反応を用いたアクチノイド領域のアイソマー核分光2022

    • Author(s)
      杉山 晃一、郷 慎太郎、富松 太郎、甲斐 民人、長江 大輔、石橋 優一、松永 壮太郎、永田 優斗、西畑 洸希、鷲山 公平、坂口 聡志、森田 浩介、Orlandi Riccardo、西尾 勝久、牧井 宏之他
    • Organizer
      日本放射化学会第66回討論会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] JAEA反跳生成核分離装置を用いた多核子移行反応の研究2022

    • Author(s)
      洲嵜ふみ, 西尾勝久, A.N. Andreyev, 廣瀬健太郎, オルランディ リカルド, 牧井宏之他
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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