質量降着を伴う中性子星における中性子過剰核の核融合反応

• Project Area: Nuclear matter in neutron stars investigated by experiments and astronomical observations
• Project/Area Number: 25105503
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 萩野 浩一 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (20335293)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2014: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2013: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
• Keywords: 核融合反応 / 中性子星 / クーロン障壁 / トンネル現象 / 結合チャンネル法 / 光学ポテンシャル / 複合核 / 準位密度 / 結合チャンネル効果 / 障壁分布 / 乱雑行列

Outline of Annual Research Achievements

中性子星内部で起こる核融合反応に関して、連星中性子星からのX線スーパー・バーストで重要となる 12C+12C 系の核融合反応の研究を行った。クーロン障壁以下のエネルギーにおけるこの系の核融合反応断面積には複数の共鳴ピークが観測されている。また、最近になり、非共鳴エネルギーにおける核融合反応断面積が 12C+13C 系及び 13C+13C 系の断面積に比べて著しく小さくなっていることが見出された。これらの実験的な事実を説明するために、核融合反応で生成される複合核の準位密度の観点から核融合反応断面積のエネルギー依存性を議論した。具体的には、虚部の強さが複合核の準位密度に比例する光学ポテンシャルを用いて結合チャンネル計算を行い、核融合反応断面積を求めた。このアプローチにより、12C+12C 系でできる複合核は12C+13C 系及び 13C+13C 系でできる複合核より比較的低温状態になること、及び12C+12C 系でできる複合核の24Mg は中性子及び陽子ともに偶数である偶偶核のため準位密度がそもそも小さいこと、の２つの要因から12C+12C 系の核融合反応断面積が小さくなることを明らかにした。この課題に加え、12C+12C 系及び 28Si+28Si 系に対する核融合反応断面積の振動現象を解析した。その際、よく核融合反応断面積に対してよく知られている Wong 公式の拡張を提唱した。これは、Wong 公式で用いられるクーロン障壁に関するパラメータを「かすり角運動量」において評価しエネルギー依存性を持たせるように拡張したものである。この拡張した Wong 公式が量子力学的な求められた核融合反応断面積の数値解をよい精度で再現することを明らかにした。この成果を原著論文にまとめ、Physical Review C 誌に発表した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Examination of fusion cross sections and fusion oscillations with a generalized Wong formula (2015)
  • Author(s): N. Rowley and K. Hagino
  • Journal Title: Physica. Review C Volume: 91
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Subbarrier fusion of carbon isotopes: from resonance structure to fusion oscillations (2015)
  • Author(s): K. Hagino and N. Rowley
  • Journal Title: J. Phys. Conf. Ser. Volume: 590 Pages: 012020-012020
  • DOI: 10.1088/1742-6596/590/1/012020
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Non-collective excitations in low-energy heavy-ion reactions: applicability of the random-matrix model (2013)
  • Author(s): S. Yusa, K. Hagino, and N. Rowley
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 88 Issue: 4
  • DOI: 10.1103/physrevc.88.044620
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quasi-elastic scattering in the 20Ne+90,92Zr reactions : role of non-collective excitations (2013)
  • Author(s): S. Yusa, K. Hagino, and N. Rowley
  • Journal Title: Phys. Rev. Volume: C88 Issue: 5
  • DOI: 10.1103/physrevc.88.054621
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Fusion of carbon isotopes (2015)
  • Author(s): 萩野浩一
  • Organizer: International molecular type workshop on structure and reaction of light exotic nuclei
  • Place of Presentation: 京都大学基礎物理学研究所（京都）
  • Year and Date: 2015-01-14
• [Presentation] Heavy-ion fusion and quasi-elastic around the Coulomb barrier (2014)
  • Author(s): 萩野浩一
  • Organizer: 22nd ASRC International Workshop “Nuclear Fission and Exotic Nuclei”
  • Place of Presentation: 日本原子力研究開発機構（東海村）
  • Year and Date: 2014-12-03
  • Invited
• [Presentation] 12C+12C 系の核融合反応 (2014)
  • Author(s): 萩野浩一
  • Organizer: 実験と観測で解き明かす中性子星の核物質第3回研究会
  • Place of Presentation: 熱川ハイツ（伊豆熱川）
  • Year and Date: 2014-09-24
• [Presentation] Fusion of carbon isotopes (2014)
  • Author(s): 萩野浩一
  • Organizer: NUBA conference series-1: Nuclear Physics and Astrophysics
  • Place of Presentation: アンタリヤ（トルコ）
  • Year and Date: 2014-09-19
  • Invited
• [Presentation] Mapping from quasi-elastic to fusion reactions (2014)
  • Author(s): 萩野浩一
  • Organizer: VI International Conference FUSION14
  • Place of Presentation: ニューデリー、インド
  • Invited
• [Presentation] 質量降着を伴う中性子星における中性子過剰核の核融合反応 (2013)
  • Author(s): 萩野浩一
  • Organizer: 公募研究交流会
  • Place of Presentation: 東北大学
• [Presentation] Towards a microscopic theory for low-energy heavy-ion reactions (2013)
  • Author(s): 萩野浩一
  • Organizer: INT Program INT-13-3 Quantitative Large Amplitude Shape Dynamics: fission and heavy ion fusion
  • Place of Presentation: ワシントン大学、アメリカ
• [Presentation] Heavy-ion reactions around the Coulomb barrier: an overview (2013)
  • Author(s): 萩野浩一
  • Organizer: HaPhy-2013-09:Rare Isotopes and Nuclear Astrophysics with related topics workshop
  • Place of Presentation: ポハン、韓国
  • Invited
• [Presentation] Fusion oscillations in C+C systems: a comparison among 12C+12C, 13C+13C,and 12C+13C (2013)
  • Author(s): 萩野浩一
  • Organizer: Reactions involving 12C: Nucleosynthesis and Stellar Evolution
  • Place of Presentation: ECT* （トレント）、イタリア
  • Invited
• [Presentation] 12C+12C 系の核融合反応 (2013)
  • Author(s): 萩野浩一
  • Organizer: 実験と観測で解き明かす中性子星の核物質 第2回ウィンタースクール・研究会
  • Place of Presentation: 理化学研究所（和光）