2018 Fiscal Year Research-status Report
荷電偏極を考慮した高精度核分裂収率による中性子星合体時r過程元素合成
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18K03642
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
石塚 知香子 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (10399800)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
和南城 伸也 上智大学, 理工学部, 准教授 (30327879) [Withdrawn]
椿原 康介 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 研究員 (40815883)
関口 雄一郎 東邦大学, 理学部, 准教授 (50531779)
千葉 敏 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (60354883)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 核分裂 / r過程 / 中性子星合体 / 元素合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中性子星合体では金やウランのような重い元素の起源とされる速い中性子捕獲過程（以下r過程）が起こるのに十分な中性子束が期待される。中性子星合体時のr過程では、超重核の核分裂が大きなインパクトを持ち、核分裂に関する物理量の中でも核分裂収率が重要であることが先行研究により指摘されている。ところが核分裂現象には核分裂直後に放出される中性子の数や核分裂収率のピーク構造などに未解明な部分が多く、信頼できる帰結を得るには、使用する核分裂収率の精査が不可欠である。
本研究の目的は、核分裂片の質量数および陽子数分布を良く再現する核分裂理論模型を開発し、中性子星合体時のｒ過程元素合成に応用することで、中性子星合体時のr過程元素合成とその崩壊熱に起因する電磁波放射の定量的理解を進め、観測による核分裂への制限可能性を探求することである。
2018年度研究実施計画では、実験値のある領域において核分裂の性質を良く再現する核分裂収率模型の開発と、中性子星合体時のｒ過程元素合成のテスト計算を行うことで2019年度以降の土台を築くことを予定していた。
2018年度は計画通り、実験値の再現性が高く予言力のある4次元ランジュバン模型を用いることで、ｒ過程での核分裂からの高い寄与が予想される核種に対して核分裂の性質を系統的に調査した。そこで得られた核分裂質量数分布の同重体に対して質量公式を用いることで、実験値を良く再現する半現象論的な核分裂収率模型を構築することに成功した。2018年度に構築した核分裂収率模型に対しては核分裂後のベータ崩壊に伴う崩壊熱や原子炉燃料サンプルの照射後試験解析による評価も済んでいる。この核分裂模型の結果を入力情報とし、中性子星同士の合体や、中性子星とブラックホールの合体を仮定したｒ過程元素合成のテスト計算も完了している。
以上のように、当初研究実施計画どおり、研究を遂行できた。
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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
研究実績の概要にも記載したように、2018年度の研究実施計画どおりに核分裂収率模型の構築は進んでいる。また核分裂収率模型を入力情報とした中性子星合体時のｒ過程元素合成のテスト計算を実施したことにより、核分裂のｒ過程元素合成の寄与が大きく期待できる環境もわかってきた。具体的には、2018年度末時点では中性子星同士の合体よりも、中性子星とブラックホールの合体で起きるｒ過程元素合成のほうがより小さい電子密度が実現するために核分裂の影響が大きく見えることが判明した。
そこで2019年度以降は当初計画に掲げた中性子星同士の合体シミュレーションを用いた元素合成における核分裂収率の影響調査よりも視点を拡大し、ｒ過程元素合成が期待される様々な環境（中性子星合体・中性子星とブラックホールの合体・超新星爆発など）における電子密度を用いて、ｒ過程元素合成における核分裂の影響を調査することとなった。
また2019年度に開催予定の国際研究会に関しては、招待講演者の確定や開催時期、開催場所の決定が完了している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策は、2018年度に開発された核分裂生成物の半現象論的収率模型を中性子合体時のｒ過程元素合成に応用することで、最終的には超重核の核
分裂の性質について（１）核分裂質量収率構造が未知の超重核の中でｒ過程元素合成に寄与の大きいものは何か？（２）核分裂質量収率構造の違いによるｒ過程元素の組成パターンの変化はどうか？という二点に関して明らかにしたい。また、中性子星合体からの可視～赤外域の電磁放射は、r過程元素の崩壊熱に起因する模型で概ね記述できるが、その原子核物理インプットへの依存性については未解明である。そこで中性子星合体のメカニズムに関しても（１）超重核からの核分裂が崩壊熱に与える寄与の大きさはどれだけか？（２）超重核の核分裂を考慮した理論計算で得られる電磁波放射が観測と比較してどうか？という二点について研究分担者全員で議論・検討を進めて明らかにしたい。また2019年度に開催する国際研究会で得られた知見を活用して、最終年度に向けた論文執筆の準備も進めていく。
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| Causes of Carryover |
2019年度には国際研究会を予定おり、海外から該当分野において研究成果の顕著な研究者を招聘するにあたり、招聘に必要な渡航費、宿泊費、謝金等の研究会開催予算を拡充するために当初予定していた2018年度の支出をおさえて、2019年度へ繰り越すこととした。
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