| Project/Area Number |
23K13130
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | Chubu University |
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Principal Investigator |
外山 裕一 中部大学, ミュオン理工学研究センター, 特任助教 (50964631)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | ミュオン触媒核融合 / ミュオン / エキゾチック分子 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は、ミュオン触媒核融合(muCF)の新しい素過程、飛行中核融合の実証である。muCFは歴史的に、束縛状態ミュオン分子内の核反応を軸として 研究が進められてきたが、近年の少数多体厳密計算の発展により、高速ミュオン原子と原子核の衝突による直接核融合に光が当たっている。本研究では、 共鳴状態ミュオン分子が光を放出せずにミュオン原子と原子核に解離（無輻射解離）する際に放出される1 keVの運動エネルギーを持ったミュオン原子を利用した、ミュオン原子飛行中核融合の初観測を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ミュオン触媒核融合(muCF)は、歴史的に束縛状態ミュオン水素分子内の核反応を軸として研究が進められてきたが、近年の少数多体厳密計算の発展により、共鳴状態のミュオン分子を介した反応(サイドパス)に注目が集まっている。本研究ではその中でも共鳴状態のミュオン水素分子の解離によって発生する高速ミュオン水素原子と原子核の衝突による直接核融合の実験的検証を目的としている。
本研究では、DD fusionによって放出される3 MeVの単一エネルギーを持つ陽子を検出することで核融合事象の同定を行う。真空容器内で動作する荷電粒子の測定を行うために位置分解能、時間分解能に優れた半導体検出器であるADVACAM社のMiniPIX検出器を候補として選出し、J-PARC MLFのミュオンビームラインにおいてテストを行った。この実験では実際に固体重水素標的にミュオンビームを照射し、従来の分子内d-d fusion(重水素標的におけるmuCF)からの3 MeV陽子の測定を目的とした。この測定と同時に共鳴状態のミュオン分子ddmu*の輻射解離X線測定も行った。ddmu*は、本研究の肝となる高速ミュオン水素原子の発生源であり、その量子状態に関する理解は今後の研究計画において重要となる。
2024年3月には理研のペレトロン加速器を用いて、2~3 MeVの陽子に対するMiniPIXの応答を調べる実験を行い、結果を解析中である。MiniPIXの真空中での安定動作のために冷却機構の構築が必要となることが分かったため、開発を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
３MeV陽子検出器であるMiniPIXの応答の基礎調査などは順調に進んでいる。
一方でJ-PARC MLFで取得したデータでは背景事象の散乱ミュオンと信号である陽子の弁別が困難であり、セットアップ・解析手法の改良が必要であることが分かったため、IFmuCFの実測実験の準備はやや遅れている。一方で当初の計画を超えてddmu*の解離X線についての重要なデータが得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
J-PARC MLFで取得したデータでは背景事象の散乱ミュオンと信号である陽子の弁別が困難であり、セットアップ・解析手法の改良が必要であることが分かった。今後シミュレーションを通して、実験セットアップを検討する。
またMiniPIXのMeV領域の信号処理においても改善の余地があり、理研ペレトロンでの測定結果を解析し、解析ソフトウェア開発を行う予定である。
加えて、既存のミュオンビームのクオリティではIn-flight fusionの反応率が当初の見積もりよりも少ないことが判明したため、ミュオンビームの高度化に向けた検討を併せて行う。
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