2020 Fiscal Year Research-status Report
Microscopic description of fundamental nucleosynthesis processes by large-scale shell-model calculations
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20K03981
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
宇都野 穣 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, マネージャー (10343930)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 則孝 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任准教授 (30419254)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 殻模型 / 元素合成 / r過程 / 光核反応 / 核準位密度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
元素合成過程で重要な微視的プロセスとして、光核反応断面積及び中性子過剰核のベータ崩壊の計算を行った。
光核反応断面積についてはpf殻の原子核を対象とし、その上及び下の主殻を一つづつ取り入れたsd-pf-sdg殻をバレンス殻に採用した大規模殻模型計算を行った。最近、陽子散乱による新しい実験が出た、カルシウム48の光核反応断面積をよく再現することを確かめた後、バレンス陽子が多いため数値計算がより困難となるpf殻の半ばに属する核種（クロム、鉄、ニッケル）の計算も開始した。これらについては、実験の不定性も大きいためまだはっきりとした結論は出せないが、概ね問題なく光核反応断面積が得られている。その中でも、ニッケル58については逆コンプトンガンマ線を用いた実験と共同研究を進めている。また、この計算を高エネルギー宇宙線の起源を探るためのインプットとして使えるよう、宇宙物理及び原子核実験の研究者と議論を進めている。
中性子過剰核のベータ崩壊については、中性子数82と81、陽子数が49以下のものについて、系統的な計算を行った。これらの原子核は、r過程の第2ピークを形成する上で重要なものとされており、一部の原子核については実験データがあるものの、完全には揃っていないため、理論計算が重要である。殻模型については、従来は中性子82のみ行われていたが、本研究で中性子数81のものも系統的に調べた。実験の半減期データを2倍以内の精度で再現することに成功するとともに、陽子数が50から40に近づくにつれ、低い励起状態へのガモフテラー遷移強度が大きくなることを予言した。特に122Zrでは、超許容ガモフテラー遷移というべき強度となり、それによって半減期が短くなることがわかった。
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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
光核反応の計算が順調に進行中であり、r過程に重要な中性子過剰核に対するベータ崩壊の研究を完成させて論文発表を行ったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度は大規模殻模型によって光核反応断面積の記述が可能であることを確かめた。これは元素合成過程で重要な要素となっている中性子捕獲反応の逆反応でもあるため、中性子捕獲反応を研究するための土台がで固められたといえる。そこで、令和3年度は光核反応断面積の系統的計算をすすめるとともに、中性子捕獲反応の研究に取り掛かる。核準位密度及びそのスピン分布を調べることから始め、さらに励起状態からのガンマ崩壊についての新しい知見を得ることを目指す。
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| Causes of Carryover |
代表者、分担者合わせて450,000円の旅費執行を計画していたが、コロナ禍のため出張（特に外国出張）が困難となり、その分が完全に未執行となってしまったため。今後、出張が可能になったら旅費として使用する予定であるが、状況に変化がなければ計算機など物品の購入（代表者）及び大型計算機使用料（分担者）として使用する予定である。
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