核分裂片同時計数検出器による中性子過剰核の融合反応機構研究

• Project/Area Number: 23K20233
• Project/Area Number (Other): 20H01918 (2020-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2020-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 坂口 聡志 九州大学, 理学研究院, 教授 (70569566)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000); Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2020: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000)
• Keywords: 超重元素 / 不安定核 / 核融合 / 核分裂 / 安定の島 / 核融合反応 / 重元素

Outline of Research at the Start

本研究の概要は、長い寿命を持ち安定的に存在する超重原子核、いわゆる「安定の島」領域の未知の原子核の合成手法を探索することを目的とし、質量数50近傍の中性子過剰核による融合反応のメカニズムを研究するものである。この目的のため、融合反応過程の途中で核分裂に分岐する過程の反応確率（断面積）を測定し、安定核と比べて多くの中性子を持つ中性子過剰核の性質が融合反応過程の前半部分（入口チャネル）に与える影響を定量的に分析する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、融合反応測定のための核分裂片同時計数検出器を開発し、二次ビームとして生成する質量数50 近傍の中性子過剰核と重原子核の融合反応メカニズムを研究することを目的とする。このため、２種類の検出器を開発する。１つはMCP型飛行時間検出器であり、ビーム粒子の飛行時間からエネルギーを測定するものである。もう１つは大立体角位置検出器であり、２つの核分裂片の放出角度と飛行時間を同時計測し、核分裂片の質量比を測定するものである。
この目的のため、令和４年度は主に後者の大立体角位置検出器の開発を行った。具体的には、令和３年度に製作した多芯線比例計数管MWPCの運転のために不可欠な検出器ガス供給システムの実機の設計製作を行なった。ニードルバルブ、手動バルプ、ピエゾバルブ、真空計（キャパシタンスマノメータ）、マスフローコントローラーなどの部品を選定し、これらを組み合わせたガス供給ラインの設計を3D CADを用いて完了した。また、実機の製作に着手し、令和５年には完了する見込みである。
さらに核分裂片検出器としての基礎開発として太陽電池検出器の試験を行なった。九州大学加速器・ビーム応用科学センターにおいて、太陽電池検出器にヨウ素ビームを照射し、その放射線耐性、エネルギーおよび時間分解能などの特性を研究した。結果として、太陽電池検出器はシリコン検出器に比べてビーム照射開始時のエネルギーおよび時間分解能には劣るものの、優れた放射性耐性を持ちビーム照射による性能劣化がシリコン検出器に比べて１桁以上少ないことが分かった。結果を学会等で報告した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

多芯線比例計数管MWPCの実機とともに必要な周辺装置であるガス供給システムの設計が完了するとともに、核分裂片検出器としての応用が期待される太陽電池検出器のビーム試験を完了した。概ね順調に進展していると評価できる。

Strategy for Future Research Activity

製作に着手したガス供給システムは令和５年度に完成する見込みである。その後、ガス供給システムを用いて多芯線比例計数管を運転し、九州大学加速器・ビーム応用科学センターにて陽子や炭素などの軽イオンやヨウ素などの重イオンビームを用いて試験する。

Research Products

• [Journal Article] Search for new element (2) (2023)
  • Author(s): 森田浩介，坂口聡志
  • Journal Title: Journal of the Atomic Energy Society of Japan Volume: 65 Issue: 1 Pages: 45-49
  • DOI: 10.3327/jaesjb.65.1_45
  • ISSN: 1882-2606, 2433-7285
  • Open Access
• [Journal Article] Probing Optimal Reaction Energy for Synthesis of Element 119 from ⁵¹V+²⁴⁸Cm Reaction with Quasielastic Barrier Distribution Measurement (2022)
  • Author(s): M. Tanaka and Y. Shigekawa (34人中29番目) et al.
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 91 Issue: 8 Pages: 084201-084201
  • DOI: 10.7566/jpsj.91.084201
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Search for new element (1) (2022)
  • Author(s): 森田浩介，坂口聡志
  • Journal Title: Journal of the Atomic Energy Society of Japan Volume: 64 Issue: 12 Pages: 680-685
  • DOI: 10.3327/jaesjb.64.12_680
  • ISSN: 1882-2606, 2433-7285
  • Open Access
• [Presentation] 太陽電池検出器のエネルギー・時間分解能および放射線耐性の評価 (2023)
  • Author(s): 能見幹都、坂口聡志、浅井雅人、甲斐民人、杉山晃一、鄭淳讃、富松太郎
  • Organizer: 日本物理学会2023 年春季大会
• [Presentation] Probing optimal energy for synthesis of element 119 from 51V+248Cm reaction (2022)
  • Author(s): S. Sakaguchi and M. Tanaka for nSHE collaboration
  • Organizer: The 28th International Nuclear Physics Conference (INPC 2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 太陽電池検出器のエネルギー・時間分解能および放射線耐性の評価 (2022)
  • Author(s): 松浦開、能見幹都、庭瀬暁隆、森田浩介、長江大輔、坂口聡志、甲斐民人、富松太郎、 永田優斗、武藤大河、杉山晃一、松永壮太郎、鄭淳讃、浅井雅人
  • Organizer: 第128 回日本物理学会九州支部例会
• [Presentation] スピン整列変形核を用いた融合反応機構研究の可能性 (2021)
  • Author(s): 坂口聡志
  • Organizer: 研究会「核分裂を始めとする重たい核の物理」
  • Invited
• [Presentation] 変形核整列による融合反応機構研究の可能性 (2020)
  • Author(s): 坂口聡志
  • Organizer: オンライン研究会「時間階層進化として捉える原子核反応」
• [Remarks] 九州大学理学研究院実験核物理研究室重元素核グループ
  • URL: https://ne.phys.kyushu-u.ac.jp/research/he/