2020 Fiscal Year Annual Research Report
r-process nucleosynthesis and role of deformed nuclei
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20H05648
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
西村 俊二 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, 先任研究員 (90272137)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石山 博恒 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, チームリーダー (50321534)
LIANG HAOZHAO 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (50729225)
西村 信哉 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (70587625)
福田 直樹 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, 技師 (80360634)
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| Project Period (FY) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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| Keywords | 重元素合成 / β崩壊 / 質量 / 機械学習 / ｒプロセス / 中性子過剰核 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
原子核実験（崩壊測定、質量測定）、原子核理論、重元素合成の連携を取った重元素合成研究を開始した。【原子核実験】2021年度に実施予定のβ崩壊測定実験（BRIKEN）に向け、大面積の両面ストリップ型半導体検出器を導入し、β崩壊測定装置の大幅なアップグレードを行った。これに伴い必要となるケーブル、コネクター、β線測定装置のチェンバーを制作した。COVID-19により海外から来日できない状況にあり、海外グループが導入したデータ収集系から我々が開発したDigitizerの高速読み出しのデータ収集系に切り替える決断を行った。この読み出し回路のアップグレードにより、β線、中性子線、γ線、重イオンを効率的に同期させ、全シグナルの波形解析を実現させた。中性子魔法数N=126領域の中性子過剰核の崩壊測定実験も予定している。これまで質量数A>200の領域は、従来の検出器では粒子識別能力が十分ではなく、RIBFにおいて実験が実現できていない。そこで、浜松ホトニクス社製のシリコン検出器に工夫を加えた高分解能粒子識別用検出器の開発・導入を行った。並行して、質量測定装置（ガスセル捕獲装置、質量分析装置MRTOF）の開発を行うために、BRIKENを設置しているゼロ度スペクトロメータに質量測定装置ZD-MRTOFを配置した。これにより、これまで廃棄されていた不安定核ビームを再利用できる環境を整えた。2020年11-12月に実施したパラサイト質量測定実験を実施し、多くの不安定核の質量を効率的に測定できることを確認した。【原子核理論】原子核実験と理論の連携をとるために、これまでに我々がRIBFにおいて測定した崩壊データを収集した最新の原子核データベースの構築を開始した。【重元素合成】原子核データベースを効率的に重元素合成計算に取り込むためのフレームワークを構築した。
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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
希土類元素の起源を解明する上で、中性子過剰核の遅発中性子放出確率、ベータ崩壊速度、さらに質量情報が必要とされる。変形原子核の情報を得るために原子核の励起状態も同時に測定するためにはγ線検出効率を最大限にする工夫が必要となる。そこで、コンパクトかつバックグラウンド除去能力を４倍に向上させたベータ崩壊測定装置（WAS3ABi）を導入した。WAS3ABi検出器に付随するチェンバー、ケーブル、読み出し回路の大幅なアップグレードを行った。96%が海外の共同研究者であり、COVID-19の影響により来日できていない。２月にポストドクを雇用し、既存のBRIKENデータ収集系を自前の高速読み出し回路に切り替え、独自に実験を実施する体制を構築した。海外からの共同研究者はオンラインでの参加という方針に切り替えた。中性子魔法数N=126領域に対応させた画期的なな高分解能粒子識別検出器を開発・制作した。
質量測定の性能評価を行うために、インビームガンマ実験、崩壊測定実験で使用するゼロ度スペクトロメータの最下流に不安定核捕獲用ガスセルと質量分析装置MRTOFを組み合わせた質量分析装置を配置した（ZD-MRTOFプロジェクト）。まだ開発段階にありパラサイト実験であったため、質量数A＝100-14=0領域の質量測定のチャンスを逃したが、最初のコミッショニングで約７０種もの質量測定に成功した（その内の８種は新質量データ、さらに約１０種は精度を改善）。このテスト実験により、本研究テーマの一つ、希土類元素の起源に必要とされる希土類領域の質量測定にむけた研究計画にはずみがついた。
理論・重元素合成計算との連携も開始しており、まずは基礎となる原子核データベースの構築を開始した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度に世界最高性能の中性子検出器を組み込んだBRIKEN実験を遂行する。希土類原子核領域に加え、金の起源の鍵を握る中性子魔法数N=126領域の崩壊測定実験にも挑戦する。限られたローカル・メンバーの増強をはかり、BRIKEN装置（ベータ線検出器、ガンマ線検出器、中性子線検出器、高分解能粒子識別検出器）の調整を行い、さらにアップグレードした読み出し回路を導入することにより崩壊測定実験を成功させる。最終的に、希土類元素合成に重要な役割を果たすと考えられる中性子過剰核の崩壊データの収集を完了させる。希土類元素合成の起源を探るためには、中性子過剰な原子核の質量情報が必要となる。希土類領域の質量測定に関する実験プロポーザルを提案し、2022年度以降に向けた本格的な質量測定実験の準備を行う。引き続き、理論・重元素合成計算との連携を図り、原子核データベースの構築を推進する。また、機械学習を取り込んだ定量的な重元素合成計算へと発展させる土台を構築する。並行して、希土類元素合成の第２のシナリオとなるアクチノイド元素の非対称核分裂に関する実験的検証法について検討、遅発中性子放出確率の不確定性の原因となる遅発中性子のエネルギー測定に関する実験的検討を行う。
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