2019 Fiscal Year Annual Research Report
減速RIビームで探る高速陽子捕獲過程とX線バースト
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19H01914
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
鈴木 大介 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 研究員 (70769504)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
久保野 茂 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 客員主管研究員 (20126048)
新倉 潤 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (50644720)
今井 伸明 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (80373273)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 元素合成 / RIビーム / 放射性同位体 / 高速陽子捕獲反応 / 中性子星 / Ｘ線バースト / ガンマ線核分光 / 核子移行反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は 、低速制御したRIビームを用いた核子移行反応とゲルマニウム半導体検出器を用いた核分光を融合することにより、元素合成と天体現象に関与する高速陽子捕獲過程（ｒｐプロセス）の反応断面積を決定することを目的としている。初年度は（１）要素技術の開発と（２）実験提案の吟味に注力した。（１）（Ａ）ダイヤモンド半導体検出器を設計し購入した。この検出器はRIビームのエネルギーを制御する際にエネルギー・モニターの役割を担う。高いルミノシティを実現するために、毎秒100万個の粒子の照射に耐えうる設計を行った。（Ｂ）液体水素標的の開発。エミッタンスの低いRIビームに最適化した口径20 mm、厚さ1.5 mmの液体水素標的セルを開発した。セルの形状と遮蔽構造を工夫して効率のよい熱遮蔽を実現した。（Ｃ）ゲルマニウム検出器の配置の最適化を行った。RIビームの強度と使用時間は限られている。高いガンマ線検出効率は統計精度を向上する鍵となる。一方、ドップラシフト補正の必要上、位置分解能を犠牲にはできない。両者のバランスを図る最適な配置をシミュレーションにより決定した。（２）（Ａ）天体核反応の専門家とｒｐプロセスの議論を進めた。まず中性子星連星系におけるｒｐプロセスで重要となる60Znの陽子捕獲断面積を、 最新の核構造計算に基づき評価した。次に、超新星爆発におけるｒｐプロセスの実験データ取得に関して検討した。この過程による元素合成比に最も影響する56Niの中性子捕獲断面積の測定実験を考案した。（B）理化学研究所RIBFに二つの実験を提案した。一つは超新星爆発時のｒｐプロセスを検証するために、56Niの中性子捕獲断面積を測定する実験である。二つ目はゲルマニウム検出器を用いたRIビーム核分光を推進するために、鉄より重い元素の合成する鍵となる78Niの分光を行う。両実験提案共に採択された。
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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
研究計画は、現在までおおむね順調に進捗している。（１）要素技術の開発。ダイヤモンド検出器、液体水素標的、ゲルマニウム半導体検出器の開発は予定通り進んでいる。（２）実験提案。二つの実験が採択された。当初の予定では、60Znの陽子捕獲断面積を評価する実験を行う予定だった。天体核物理の専門家と検討した物理データの重要性とインパクト、実験の技術的な難しさを総合的に勘案し、まず56Niの中性子捕獲反応断面積を評価する実験を先行して行う判断をした。同時にゲルマニウム半導体検出器を用いた新世代のRIビーム核分光を推進するために、78Niの分光実験を行うこととした。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は採択された二つの実験を遂行する準備に重点を置き研究を進めてゆく。20年度後半から21年度前半に実験を始められるように、準備を進めてゆく。ただし、実際のスケジュールは、施設の運転計画に依存するものであり、状況に応じて柔軟に研究計画を対応させてゆくこととする。（１）要素技術の開発を継続する。（A）昨年度に設計・製作したダイヤモンド半導体検出器の時間分解能等の性能を評価する。テスト・ベンチを製作する。（B）重水素標的を製作する。（C）ゲルマニウム半導体検出器を設置する架台を設計・製作する。昨年度の検出器シミュレーションで決定した配置に検出器を設置するために、架台を設計し製作する。（２）RIBFにおいて実験を行う。実験に必要なスペースの確保、電源やネットワーク等のインフラの整備、ビームラインにおける実験セットアップの構築を行う。（３）理論物理学者との議論を継続する。本研究の実験で評価する天体核反応に限定せず、幅広い観点で元素合成と天体現象に影響の大きい陽子・中性子捕獲反応を議論する。本研究が開発する実験手法により開拓しうる天体核反応を探る。また核子移行反応の反応機構に関して、核反応の専門家と議論し、計算を行う。
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