アルミニウム-26のアイソマービーム生成と銀河ガンマ線の生成機構の解明

• 研究課題/領域番号: 16K05369
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 山口 英斉 東京大学, 大学院理学系研究科, 講師 (30376529)
• 研究分担者: 早川 勢也 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任助教 (00747743)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2016年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 宇宙核物理 / 不安定核 / 宇宙ガンマ線 / 天体核反応 / 核異性体 / 水素燃焼 / RIビーム

研究成果の概要

銀河の中心方向からやってくるエネルギー1.8 MeVのガンマ線は、アルミニウム(Al)-26原子核の崩壊に由来する。ところが、Al-26が銀河の中でどのような天体で生成されているのかは、未だ明らかではない。Al-26には基底状態とアイソマーと呼ばれる２種類が存在するが、それぞれの生成・破壊反応が十分に知られていないためである。
本研究では特に、実験に使用するのが困難なAl-26アイソマーを、低エネルギービームとして生成することに成功した。さらに、アイソマービームを用いて、陽子共鳴散乱の実験手法により共鳴を発見した。この共鳴の情報を使えば、今後アイソマー破壊反応の定量的評価が可能となる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

銀河からのAl-26由来ガンマ線観測は、銀河の中で今まさにどのような元素合成が行われているか、またドップラーシフトによって銀河がどのように運動しているかを理解するための有益な情報である。ところが、現在の観測による銀河のアルミニウム-26の生成量と、各種天体のシミュレーションによる生成量の総計には、大きな食い違いがある。本研究により、Al-26のアイソマービームを生成し、その破壊反応に関する直接的情報が初めて得られた。今後食い違いの解消と銀河の精密な理解に結びつくと期待できる。
また、本研究で確立したアイソマービーム生成技術は、将来工学的応用が可能な技術と考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] 成均館大学/梨花女子大学(韓国)
• [国際共同研究] CIAE/Institute of Modern Physics/Beijing Normal Univ.(中国)
• [国際共同研究] University of Edinburgh(英国)
• [国際共同研究] INFN/University of Catania(イタリア)
• [国際共同研究] McMaster Univ.(カナダ)
• [国際共同研究] 成均館大学/IBS/梨花女子大学(韓国)
• [国際共同研究] 北航大学/CIAE/Institute of Modern Physics(中国)
• [国際共同研究] University of Edinburgh(英国)
• [国際共同研究] INFN(イタリア)
• [国際共同研究] 成均館大学/IBS/梨花女子大学(韓国)
• [国際共同研究] Beihang大学/CIAE(中国)
• [国際共同研究] University of Edinburgh(英国)
• [国際共同研究] INFN/University of Naples(イタリア)
• [雑誌論文] Beam production of ? 18 Ne with in-flight method for alpha scattering at CRIB (2018)
  • 著者名/発表者名: Duy N.N.、Chae K.Y.、Cha S.M.、Yamaguchi H.、Abe K.、Bae S.H.、Binh D.N.、Choi S.H.、Hahn K.I.、Hayakawa S.、Hong B.、Iwasa N.、Kahl D.、et al.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 897 ページ: 8-13
  • DOI: 10.1016/j.nima.2018.04.043
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Impact of the 26mAl(p, γ) reaction to galactic 26Al yield (2018)
  • 著者名/発表者名: Kahl D.、Shimizu H.、Yamaguchi H.、Abe K.、Beliuskina O.、Cha S. M.、Chae K. Y.、Chen A. A.、Ge Z.、Hayakawa S.、Imai N.、Iwasa N.、Kim A.、Kim D. H.、Kim M. J.、Kubono S.、Kwag M. S.、Liang J.、Moon J. Y.、Nishimura S.、Oka S.、Park S. Y.、Psaltis A.、Teranishi T.、Ueno Y.、Yang L.
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1947 ページ: 020003-020003
  • DOI: 10.1063/1.5030807
  • 査読あり
• [雑誌論文] Indirect studies on astrophysical reactions at the low-energy RI beam separator CRIB (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi H.、Kahl D.、Hayakawa S.、Yang L.、Shimizu H.、Sakaguchi Y.、Abe K.、Wakabayashi Y.、Hashimoto et al.
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1947 ページ: 020022-020022
  • DOI: 10.1063/1.5030826
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurements of the neutron-induced reactions on 7Be with CRIB by the Trojan Horse method (2018)
  • 著者名/発表者名: Hayakawa S.、Abe K.、Beliuskina O.、Cha S. M.、Chae K. Y.、Cherubini S.、Figuera P.、Ge Z.、Gulino M.、Hu J.、Inoue A.、et al.
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1947 ページ: 020011-020011
  • DOI: 10.1063/1.5030815
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct measurements and detection techniques with low-energy RIBs (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi H.、Hayakawa S.、Yang L.、Shimizu H.、Kahl D.
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 184 ページ: 01017-01017
  • DOI: 10.1051/epjconf/201818401017
• [雑誌論文] Isomeric 26Al beam production with CRIB (2018)
  • 著者名/発表者名: Shimizu H.、Kahl D.、Yamaguchi H.、Abe K.、Beliuskina O.、Cha S. M.、Chae K. Y.、Chen A. A.、Ge Z.、Hayakawa S.、Imai N.、Iwasa N.、Kim A.、Kim D. H.、Kim M. J.、Kubono S.、Kawag M. S.、Liang J.、Moon J. Y.、Nishimura S.、Oka S.、Park S. Y.、Psaltis A.、Teranishi T.、Ueno Y.、Yang L.
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 184 ページ: 02013-02013
  • DOI: 10.1051/epjconf/201818402013
• [雑誌論文] First measurement of 30S + α resonant elastic scattering for the 30S(α, p) reaction rate (2018)
  • 著者名/発表者名: D. Kahl,H. Yamaguchi, S. Kubono, A.A. Chen, A. Parikh, D.N. Binh, J. Chen, S. Cherubini, N. N. Duy, T. Hashimoto S. Hayakawa, N. Iwasa H. S. Jung, S. Kato,Y. K. Kwon S. Nishimura, S. Ota, K. Setoodehnia, T. Teranishi, H. Tokieda, T. Yamada, C. C. Yun and L. Y. Zhang,
  • 雑誌名: Phys. Rev. C 巻: 97 号: 1 ページ: 015802-015802
  • DOI: 10.1103/physrevc.97.015802
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Experimental Studies of Light-Ion Nuclear Reactions Using Low-Energy RI Beams (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi, D. Kahl, S. Hayakawa, Y. Sakaguchi, K. Abe, H. Shimuzu, Y. Wakabayashi, T. Hashimoto, S. Cherubini, M. Gulino, C. Spitaleri, G. G. Rapisarda, M. La Cognata, L. Lamia, S. Romano, S. Kubono, N. Iwasa, T. Teranishi, T. Kawabata, Y. K. Kwon, D. N. Binh, L. H. Khiem, N. N. Duy, S. Kato, T. Komatsubara, et al.
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 14
  • DOI: 10.7566/jpscp.14.010503
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 30S(α, p) Thermonuclear Reaction Rate from Experimental Level Structure of 34Ar (2017)
  • 著者名/発表者名: D. Kahl, A. A. Chen, S. Kubono, H. Yamaguchi, D. N. Binh, J. Chen, S. Cherubini, N. N. Duy, T. Hashimoto, S. Hayakawa, N. Iwasa, H. S. Jung, S. Kato, Y. K. Kwon, S. Nishimura, S. Ota, K. Setoodehnia, T. Teranishi, H. Tokieda, T. Yamada, C. C. Yun, and L. Y. Zhang,
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 14
  • DOI: 10.7566/jpscp.14.020510
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Study on α-cluster levels in non-4n nuclei using low-energy RI beams (2017)
  • 著者名/発表者名: H Yamaguchi, D Kahl, S Hayakawa, Y Sakaguchi, K Abe, T Nakao, T Suhara, N Iwasa, A Kim, D H Kim, S M Cha, M S Kwag, J H Lee, E J Lee, K Y Chae, Y Wakabayashi, N Imai, N Kitamura, P Lee, J Y Moon, K B Lee, C Akers, H S Jung, N N Duy, L H Khiem and C S Lee,
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 863 ページ: 012025-012025
  • DOI: 10.1088/1742-6596/863/1/012025
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Isomer beam elastic scattering: 26mAl(p, p) for astrophysics (2017)
  • 著者名/発表者名: D. Kahl, H. Shimizu, H. Yamaguchi, K. Abe, O. Beliuskina, S. M. Cha, K. Y. Chae, A. A. Chen, Z. Ge, S. Hayakawa, N. Imai, N. Iwasa, A. Kim, D. H. Kim, M. J. Kim, S. Kubono, M. S. Kwag, J. Liang, J. Y. Moon, S. Nishimura, S. Oka, S. Y. Park, A. Psaltis, T. Teranishi, Y. Ueno and L. Yang
  • 雑誌名: EPJ Web Conf. 巻: 165
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nuclear astrophysics projects at the low-energy RI beam separator CRIB (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi, D. Kahl, S. Hayakawa, L. Yang, H. Shimizu, Y. Sakaguchi, K. Abe, T. Nakao, T. Suhara, N. Iwasa, A. Kim, D.H. Kim, S.M. Cha, M.S. Kwag, J.H. Lee, E.J. Lee, K.Y. Chae, Y. Wakabayashi, et al.
  • 雑誌名: EPJ Web Conf. 巻: 165
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Experimental investigation of linear-chain structured nucleus in 14C (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi, D. Kahl, S. Hayakawa, Y. Sakaguchi, K. Abe, T. Nakao, T. Suhara, N. Iwasa, A. Kim, D.H. Kim, et al.
  • 雑誌名: Phys. Lett. B 巻: 766 ページ: 11-16
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2016.12.050
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Studying astrophysical reactions with low-energy RI beams at CRIB (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi, D. Kahl, S. Hayakawa, Y. Sakaguchi, Y. Wakabayashi, T. Hashimoto, S. Cherubini, M. Gulino, C. Spitaleri, G.G. Rapisarda, et al.
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 117 ページ: 09005-09005
  • DOI: 10.1051/epjconf/201611709005
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Overview of the activities at the low-energy beam separator CRIB (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi, D. Kahl, S. Hayakawa, L. Yang, Y. Sakaguchi, K. Abe, H. Shimizu, and CRIB Collaboration
  • 雑誌名: Il Nuovo Cimento 巻: 39C
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Explosive destruction of 26Al (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Kahl, H. Yamaguchi, H. Shimizu, K. Abe, O. Beliuskina, S. M. Cha, K.Y. Chae, Z. Ge, S. Hayakawa, M.S. Kwag, D. H. Kim, J. Y. Moon, S.Y. Park, L. Yang
  • 雑誌名: Il Nuovo Cimento 巻: 39C
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] First direct measurement of the 11C(α, p)14N stellar reaction by an extended thick-target method (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Hayakawa, S, Kubono, H. Yamaguchi, T. Teranishi et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. C 巻: 93 号: 6
  • DOI: 10.1103/physrevc.93.065802
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Study on cluster states in unstable nuclei with alpha-resonant scattering (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi
  • 学会等名: RIBF Nuclear Physics Seminar
• [学会発表] Study on explosive nuclear synthesis with low-energy RI beams at CRIB' (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi
  • 学会等名: 15th International Symposium on Nuclei in the Cosmos
  • 国際学会
• [学会発表] Activities at the low-energy RI beam separator CRIB (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi
  • 学会等名: RIBF Users Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Indirect method application for RI-beam experiments (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi
  • 学会等名: ECT* Workshop "Indirect Methods in Nuclear Astrophysics''
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Studies on nuclear astrophysics and nuclear clustering with low-energy RI beams at CRIB (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi
  • 学会等名: 13th International Conference on Nucleus-Nucleus Collisions (NN2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nuclear astrophysics projects at the low-energy RI beam separator CRIB (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi
  • 学会等名: The 8th Nuclear Physics in Astrophysics International conference (NPA8)
  • 国際学会
• [学会発表] Indirect studies on astrophysical reactions at the low-energy RI beam separator CRIB (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi
  • 学会等名: The 14th International Symposium on Origin of Matter and Evolution of the Galaxies (OMEG2017)
  • 国際学会
• [学会発表] α共鳴散乱による不安定核クラスター状態の研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山口英斉
  • 学会等名: RCNP研究会「核子・ストレンジネス多体系におけるクラスター現象」
• [学会発表] Direct measurements and detection techniques with low-energy RIBs (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi
  • 学会等名: 9th European Summer School on Experimental Nuclear Astrophysics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Studying nuclear astrophysics and nuclear clustering at the low-energy RI beam separator CRIB (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi
  • 学会等名: The International Symposium on Physics of Unstable Nuclei 2017 (ISPUN2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Study on alpha-cluster states via resonant scattering with low-energy RI beams (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi
  • 学会等名: Workshop on Nuclear Cluster Physics 2017 (WNCP2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Overview of recent experiments at CRIB (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi
  • 学会等名: SKKU mini workshop
  • 発表場所: Sungkyunkwan University, Suwon (South Korea)
  • 年月日: 2016-10-11
  • 国際学会
• [学会発表] Recent activities at the low-energy RI beam separator CRIB (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi
  • 学会等名: RIBF users meeting 2016
  • 発表場所: 理化学研究所（埼玉県和光市）
  • 年月日: 2016-09-08
  • 国際学会
• [学会発表] Overview of CRIB projects (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi
  • 学会等名: The Second Sicily-East Asia Workshop on Low Energy Nuclear Physics (SEA2016)
  • 発表場所: 東京大学原子核科学研究センター（埼玉県和光市）
  • 年月日: 2016-06-27
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental studies of light-ion nuclear reactions using low-energy RI beams (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi
  • 学会等名: The 14th International Symposium on Nuclei in the Cosmos (NIC-XIV)
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2016-06-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Study on alpha-cluster levels in non-4n nuclei using low-energy RI beams (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi
  • 学会等名: 11th International Conference on Clustering Aspects of Nuclear Structure and Dynamics
  • 発表場所: Universita di Napoli Federico II, Napoli (Italy)
  • 年月日: 2016-05-23
  • 国際学会