Microscopic approach to nuclear fission based on a quantum many-body Hamiltonian
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23K03414
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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 | Kyoto University |
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Principal Investigator |
萩野 浩一 京都大学, 理学研究科, 教授 (20335293)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | 核分裂 / 密度汎関数法 / 配置間相互作用法 / 非平衡グリーン関数 / ランダム行列 / 遷移状態理論 / 中性子過剰核 / rプロセス元素合成 |
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| Outline of Research at the Start |
原子核の核分裂現象を核子の自由度に基づいて微視的に記述することは、原子核物理学における残された最重要課題の一つである。これは、特にrプロセス元素合成における重い中性子過剰核の核分裂などで重要となる。本研究では、密度汎関数法に基づき、これまでにない全く新しい微視的理論手法を開発し、それを熱い複合核の核分裂である誘起核分裂に適用する。その際、原子核の各形状において、基底状態と同時に多数の励起状態も考慮し、殻模型的手法を導入する。これにより、低エネルギー核分裂反応の量子多体ダイナミックスを明らかにし、原子核物理学における長年の課題であった核分裂の微視的記述を一気に進める。
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| Outline of Annual Research Achievements |
密度汎関数法に基づいた配置間相互作用アプローチに非平衡グリーン関数を組み合わせた手法を開発し、重い原子核の核分裂に対する微視的手法を構築した。これを 236U 核の誘起核分裂に適用し、障壁近傍のエネルギーにおける放射捕獲と核分裂の競合に伴う核分裂過程の分岐比の計算を行なった。ただし、模型空間を小さくするために、中性子の核子対が壊れない励起のみを考慮し、ふた山構造を持つ障壁のうち最初の障壁のみを考えた半現実的な計算を行なった。このような計算でも分岐比の実験値と同程度の分岐比を得ることを確認した上で、残留相互作用の果たす役割を明らかにした。すなわち、対相関相互作用の強さを半分にすると分岐比も半分以下に減少し、自発核分裂ほどではないが低エネルギー誘起核分裂においても対相関が大きな役割を果たしていることを明らかにした。また、透過型相互作用も無視できないことを明らかにした。この計算によると、核分裂の分岐比は核分裂直前における分断配位の崩壊幅にほとんど依らない。これは、遷移状態理論の仮定と整合するものであるが、ランダム行列を用いた模型を用いてこのことを解析に説明することに成功した。
核子対が壊れる励起の果たす役割を明らかにするために、核子の一粒子準位が等間隔になっているトイ模型を用いて同様の計算を行なった。このような励起を取り入れると、陽子と中性子間の相互作用も必要になるが、それはランダム相互作用を用いた。得られた分岐比は、ランダム相互作用の強さに大きく依存し、誘起核分裂では核子対が壊れる励起が重要な役割を果たすことが明らかになった。
これらの計算では、離散基底が用いられている。同様の手法を１次元障壁のトンネル効果の問題に適用し、離散基底の方法の適用可能性を議論した。その結果、離散基底の方法がヌメロフ法などの標準的な数値計算法に比べてより精度がよく安定な数値解を与えることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
この課題で開発中の手法は、今までにない全く新しい手法であるため、種々のことを確認しながら研究を進めていく必要がある。そのような状況の中で、半現実的な計算ではあるものの、開発中の手法を現実の系に適用し、分岐比の実験データと比べられる計算が行えたことは大きな成果であった。また、トイ模型の範囲内ではあるが、対が壊れた励起配位の役割を明らかにできたことも大きな成果の一つである。これらの成果は、今後、模型空間を広げてより現実的な計算を行う際にいずれも重要になるものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度行った半現実的な計算で課した制限を取り除き、より現実的な計算を行う。まず、中性子のみの励起だったものを陽子、中性子ともに励起をした配位を取り込むように拡張し、さらに、ふた山構造の核分裂障壁の両方の障壁を取り扱えるようにする。まず、今年度の計算と同様、対が壊れない配位のみを取り入れた計算を行う。そのような拡張を行った上で、核分裂幅の平均値とそこからのゆらぎの両方を議論する。これにより、核分裂に効果的に寄与する配位の特定を行う。その後に、対が壊れた配位を考慮した拡張を行う。この際に問題になるのが模型空間の拡大に伴う数値計算の困難である。これを解決するために、ランチョス逆べき法の活用を検討する。
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Report
(1 results)
Research Products
(14 results)
