2022 Fiscal Year Research-status Report
中性子星の構造解明に向けた重い中性子過剰核のスキン厚測定
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20K03997
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
森口 哲朗 筑波大学, 数理物質系, 助教 (10635890)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 不安定核 / 中性子スキン / 中性子星 / 反応断面積 / 固体水素標的 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、重い中性子過剰核の中性子スキン厚(原子核表面に現れる中性子の層)を導出し、中性子星の構造を解明することを目的とする。中性子星の大きさと中性子スキンの厚さには約10の19乗のスケールの違いはあるが、中性子物質の圧力という共通のパラメータを持つ。現在、この圧力パラメータには大きな不定性があるため、本研究でより精度良く決める。スキン厚は反応断面積(原子核反応の確率)を測定することで導出できる。重い原子核の場合、原子番号が大きくなるため、スキン厚の導出に直接寄与しないクーロン力による分解反応の影響が大きくなることが課題とされてきた。そこで、本研究ではクーロン分解の影響が最も少ないとされる水素を反応標的に用いることで、この課題を克服する。特に、本研究では申請者が開発し運用してきた固体水素標的を使用する。この固体水素標的は反応断面積測定に特化したもので、最大直径50 mm×長さ100 mmの固体水素を作成することができる。実験は理化学研究所のRIビームファクトリー(RIBF) にて行う。RIBFでは重い中性子過剰核の生成を可能とする。本研究ではスズの原子核に注目し、特に、134-137Sn(陽子数50、中性子数84-87)の重い中性子過剰核のスキン厚の導出に挑戦する。
これまでの固体水素標的は生成中に生じる入射膜の膨らみに起因する厚さの不均一性が課題となっていた。本年度、既存の固体水素標的に新たにHeガスセルを取り付けることで、この膨らみを抑制することができた。これにより、より精度の良い実験データの取得が期待できる。スズ原子核の反応断面積測定の準備は既に整っているが、施設のトラブル等の影響により本実験はまだ実施できていない。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
既存の固体水素標的はビームの入射する位置によってその厚さが異なるという課題があった。固体水素標的の入射及び出射窓にはカプトン薄膜を使用しているが、固体水素の生成段階で、供給する水素ガスの圧力によってこの薄膜が膨らむことがこの厚さの不均一性の原因となっている。これまでは入射位置を知るための位置検出器を用いた厚さ補正が必要であったが、位置精度に起因する誤差の伝搬や予期せぬ検出器のトラブル回避の観点から、補正を必要としない均一な厚さの固体水素標的が期待されていた。本年度、既存の固体水素標的の薄膜を覆うようなヘリウムガスセルを新たに取り付けた。これは水素ガスと同じ圧力のヘリウムガスを供給することで薄膜の膨らみを抑えるものである。これを実現すべく、水素とヘリウムの供給ガス圧が常に等しくなるシステムを構築した。レーザー距離計を用いた薄膜表面の均一性の測定から、膨らみが抑えられたことを確認した。また、量子医科学研究所HIMACの重イオンビームを用いた照射実験では、反応率が入射位置によらず一定であったことから、固体水素標的の厚さが均一であることを確認した。これによって、より精度の良い実験データが得られることが期待できる。
本実験であるスズ原子核の反応断面積測定の準備は既に完了しておりいつでも実施できる状態にある。マシンタイム申請は行なっている一方で、施設のトラブル等により、本年度、実験はできていない。そのため、本研究課題はやや遅れていると言える。来年度早々に実験ができることを期待している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本実験に向けた固体水素標的の改良はほぼ済んでおり、他の検出器等の準備も完了しているので、まずは実験を実施することである。その後、早急にデータ解析を行い、スズ原子核の中性子スキン厚を導出し、中性子物質の議論を行う。その後、本研究課題を投稿論文にまとめて発表する。
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| Causes of Carryover |
本実験を行うための経費として次年度使用額が発生した。実験遂行に向け、装置の運搬費、移動費や滞在費、また、水素やヘリウムガスなど消耗品の他にトラブル対応のための予備物品の購入などに充てる予定である。
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