2021 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 | 大規模殻模型計算 / 殻進化 / 不安定核 / r過程 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大規模殻模型計算によって、中性子過剰なカルシウム領域の核構造研究を行った。その領域は、新魔法数34の出現など安定核とは異なる殻構造が出現することから現在大きな興味をもたれているとともに、それによって中性子ドリップラインなどが変化しうるなど、r過程にも多大な影響があると考えられる。
理化学研究所のRIBFで行われた55Scからの1陽子ノックアウト反応実験で得られた分光学的因子を殻模型計算と比較した。54Caは最近の実験から中性子数34の閉殻構造がかなりよく成り立つことがわかっており、55Scでは、これまで得られた低励起状態のエネルギー準位から閉殻構造がかなり破れていると考えられている。このことから、55Scからの1陽子ノックアウト反応で得られる分光学的因子は正パリティ状態についてもかなり多くの準位に分散していると直感的に考えられていたのだが、実験データはそれに反し、基底状態に集中していることがわかった。これまでの知見と矛盾するように見える実験結果は殻模型計算によってよく再現された。分光学的因子が基底状態に集中するメカニズムは、対相関によって説明できることがわかった。この成果は、実験との共著論文としてPhysical Review Lettersに出版された。
その周辺の原子核である、55K,55Ca,57Caでも最近脱励起ガンマ線が測定され、その結果を殻模型計算と比較した。実験からはこれら奇核のスピンパリティは決められていないため、正確な比較はできないものの、実験データに対応するエネルギー準位が存在することがわかり、これらの原子核も殻模型計算によってよく記述されることがわかった。この成果は実験との共著論文としてPhysics Letters Bに発表された。
これらの他、この領域の中性子過剰核で起こる殻進化の知見をまとめたレビュー論文を単著で発表した。
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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
中性子過剰なカルシウム領域の殻構造およびそれを反映した低励起状態の構造を大規模殻模型計算によって解明することに成功した。また、r過程元素合成に密接に関係する光核反応断面積の計算もカルシウム領域で系統的に進めるとともに、より軽いsd殻領域についても着手することができたため、本研究課題は概ね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究にて、中性子過剰なカルシウム同位体については、少なくとも中性子数が35程度までは低励起状態をよく説明することに成功した。この模型空間と有効相互作用を用いて、pf殻領域の光核反応断面積と核準位密度の計算を進めていく。また、中性子数が36以上になると、pf殻からsdg殻への中性子の励起が無視できなくなると考えられる。その効果を取り入れた計算も行い、中性子過剰なカルシウム同位体の構造を系統的に理解していく。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の感染拡大の影響を受け、予定していた外国出張、国内出張を取りやめたため、出張に係る費用が次年度使用額として生じることとなった。次年度使用額は、令和4年度研究費と合わせて、状況が許せば外国出張などに係る費用として使用する。
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