2020 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和南城 伸也 上智大学, 理工学部, 准教授 (30327879) [Withdrawn]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 – 2022-03-31
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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 |
本研究の目的は、金やウランなどの重元素の起源であるｒ過程元素合成における核分裂サイクルの寄与を定量的に評価するための基盤を整備することである。そこで先ず必要となるのは、未知の要素が多い超重核の核分裂の性質をｒ過程元素合成の結果から予想するためのスキーム構築である。ｒ過程元素合成では通常想定されるよりも遥かに質量数が大きく、中性子過剰な原子核の核分裂が重要となる。そこで実験値の存在する核種領域で十分に検証されたモデルを用いて未知の要素に対しては自由度を持った核分裂生成物収率模型を構築した後、ｒ過程元素合成計算に適用し、観測結果との整合性から未知の超重元素の核分裂の様相に制限を与えることを目指している。
令和元年度のうちに核分裂生成物収率模型の基本となる2007年に分担者の千葉らが開発した核分裂片の質量収率模型(以下、Ohta2007模型)の改良を終え、令和二年度は作成した半経験則的な核分裂片の質量収率模型に関する論文を出版できた。一方で、この半経験則的な模型の入力情報となる、4次元ランジュバン模型による中性子過剰な不安定核や超重核領域での核分裂様相の結果が、当初予想していたものと大きく異なったため、計算領域の拡張や結果の詳細な分析が必要となり、令和三年度への研究期間の延長が必要となった。
特に新しい知見として得られた超重核での核分裂の性質は、査読論文出版後に令和二年度5月の日本原子力学会誌の解説記事としても掲載された。
このように令和二年度は、実験値が豊富な領域で高い再現力を持ち、かつ予言力を持った4次元ランジュバン模型を活用して、半経験則的な収率模型の礎となる多くの核種に亘る大規模な核分裂計算に多くの時間を費やした。この計算法では他のモデルでは予想できない核分裂片の運動エネルギーなども予想できるため、貴重な情報を蓄積できた。以上の成果は論文にまとめ、現在投稿準備中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の計画では令和二年度は令和元年度中に収率模型の入力情報も含めて完成した半経験則的な核分裂片の質量収率模型を用いて、元素合成計算の実施し、ｒ過程元素合成のサイトとされる中性子星合体やブラックホールと中性子星との合体で観測できる光度曲線など観測量への影響を評価する予定であった。既に平成29年度中にテスト計算が完了し、令和元年度には荷電偏極の情報を取り入れた半経験則的な核分裂収率模型の拡張も終え、令和二年度に向けた準備が完了していたが、令和元年度に実施した予言力のある4次元ランジュバン模型での計算結果が当初期待していたふるまいと大きく異なっていた為、その検証に多くの時間が必要となった。特に新に明らかとなった超重核領域の様々な中性子過剰度での核分裂の様相の調査や、アクチノイド領域での中性子過剰領域での核分裂の調査などの、当初予定していなかった大規模計算が必要となったため、令和二年度の予定は令和三年度へ持ち越しとなってしまった。しかしながら、そのおかげで、これまで知られていなかった中性子過剰な核の核分裂の特徴や、中性子過剰度による超重核の核分裂様相の変化などが発見できた。令和二年度中に以上の4次元ランジュバン模型を用いた成果は、半経験則的な核分裂片の質量収率模型の入力情報としてテーブルデータにまとめ終えたので、令和三年度中には当初の計画をすべて完了できる見込みである。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度である令和三年度は、令和二年度に作成したランジュバン計算による核分裂様相の入力データを半現象論的模型（平成30年度にテストモデルを構築済）に適用し、ｒ過程元素合成への寄与を調べる。具体的には既存のモデルと本研究によって構築する半現象論的なモデルを用いた場合でのｒ過程元素合成計算による元素組成の違いを検証したり、ｒ過程元素合成計算で組成パターンに特に大きく影響する核種については現時点で提案されている複数の核分裂生成物パターンを半現象論的モデルで仮定してｒ過程元素合成計算を行うことで観測データをより良く再現する核分裂生成パターンについて検証する。また令和三年度は最終年度であるから、以上の研究推進方策の個々の成果について順次すみやかに論文として発表する予定である。
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| Causes of Carryover |
令和二年度はコロナ禍による混乱で、予算計上していた出張の取りやめや、RAの雇用時期の大幅な遅れなどが生じた結果、次年度使用額が生じてしまった。令和二年度は最終年度であったが、研究期間の延長を行ったので、次年度使用額を利用して、令和二年度の大規模計算により計算機の空き容量がほとんどなくなってしまった計算機の増強や研究補助の雇用などに充てる。
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