2022 Fiscal Year Annual Research Report
Determination of neutron capture reaction rate with new method for nucleosynthesis at neutron star merger
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21H01114
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
栂野 泰宏 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, 協力研究員 (20517643)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 隆司 東京工業大学, 理学院, 教授 (50272456)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 実験各物理 / 中性子過剰核 / 中性子捕獲反応 / 元素合成 / 不安定核 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中性子星合体で起こる元素合成の解明には、非常に中性子過剰な不安定原子核(中性子過剰核)の中性子捕獲反応率の実験的決定が欠かせない。しかしこの反応率を直接測定することは困難を極めるため、これまでほとんど決定されて来なかった。そのためこの反応率の不定性が重元素起源解明のボトルネックの1つとなっている。本研究では中性子過剰核の中性子捕獲反応率を、陽子準弾性散乱反応という別の反応を用いて間接的に決定する新間接的手法を確立し、本来測定が困難な中性子捕獲反応率を高効率で決定することを目指している。最終的にはその新手法を用いて重元素合成に最も重要な中性子捕獲反応率の世界初測定に挑む。
新手法を用いた中性子捕獲反応率決定には、本研究で構築した120個のCsIシンチレータ検出器で構成される新検出器システムで、陽子の運動エネルギーを2%以下の精度で測定する必要がある。今年度はまず新検出器システムがこの要件を満たしているかを確かめる性能評価実験を行った。230MeVの陽子ビームとポリエチレン標的に照射し、その反応で発生した散乱陽子の運動エネルギーを新検出器システムで測定した。この実験データの解析は現在も継続中であるが、データの解析から2%以下の精度で運動エネルギーが測定出来ていることを確認した。
さらにノルウェーのオスロ大学と協力して、本研究で用いる新手法の検証実験を理化学研究所仁科加速器研究センターに提案した。その結果実験課題として採択されビームタイムを獲得した。
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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
令和4年度は新手法用検出器システムの性能評価実験を遂行し、性能が十分であることを確認できたことに加え、新手法検証実験のビームタイムも予定通り獲得出来たため順調に進んでいると判断する。
新システムを構成する120個のCsIシンチレータのうち14個をQSTのHIMACに持ち込み、陽子の運動エネルギーの測定精度が2%以下を達成できるかを確認する性能評価実験を行った。陽子と炭素と水素で構成されるポリエチレンを反応させ、陽子同士の弾性散乱と炭素の陽子準弾性散乱反応から発生する陽子を新システムで測定した。その解析から新システムの運動エネルギー分解能が2%以下であることを確認した。今後も解析を続け、新システムによる最終的な運動エネルギー決定精度を導出する予定である。
また理化学研究所仁科加速器研究センターに新手法の検証実験をノルウェーのオスロ大学と協力して提案し、実験課題として採択され3日間のビームタイムを得た。検証実験では陽子準弾性散乱反応で中性子捕獲反応率が既知のカドミウム同位体を生成し、本研究の新手法で既知の反応率が再現できるかを検証する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
性能評価実験のデータ解析を継続すると共に新手法検証実験を行う。
性能評価実験の解析を継続して行い新システムの運動エネルギー測定精度を決定する。また理化学研究所仁科加速器研究センターで新手法検証実験を行う。超電導スペクトロメータと本研究の新システムを組み合わせ、中性子過剰核ビームの陽子標的との陽子準弾性散乱反応によって生成される陽子、重イオン、ガンマ線を測定することから励起エネルギーと脱励起ガンマ線のエネルギーを再構成する。その2つのエネルギーの相関から中性子捕獲反応率の導出し、他の手法を用いて測定された既知の反応率と比較し本手法の精度を評価する。これらのデータ解析をまとめ、新手法の精度が決定できた後には、本手法を用いて超中性子過剰核の中性子捕獲反応率を世界で初めて決定することを目指す。
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Research Products
(15 results)
