Elucidation of the r-process second peak from key nuclear mass measurements at N=82 with the Rare-RI Ring at RIKEN/RIBF

• 研究課題/領域番号: 19K03901
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分15020:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する実験
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: Naimi Sarah 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (40747135)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2020年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円); 2019年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
• キーワード: nuclear mass / storage ring / r-process / position detector / Mass Measurement / mass measurement / Storage Ring / Position detecto / Nuclear masses / Position detector / Rare-RI Ring

研究開始時の研究の概要

Reach the r-process bottleneck by measuring nuclear masses of the most neutron-rich nuclei
Measure 11 new nuclear masses for the first time
Increase Rare-RI Ring efficiency to 10%, making it the most efficient online mass spectrometer for Rare Isotopes in the world
Build the first position-sensitive detector to be used in the Rare-RI Ring

研究成果の概要

RIBF/理化学研究所で製造された希少同位体123Pdの質量測定をRare-RIリングを用いて実施した。この同位体の質量を用いて天体物理計算を行い、質量A=122と質量A=123のr過程存在比を推定した。その結果、123Pdの新しい質量を計算に用いると、これら二つの質量の存在比を再現できることがわかった。

また、Rare-RIリングのための新しい位置検出器の開発を最終的に完了した。この検出器の位置分解能はRIBF標準検出器と同等であり、Rare-RIリングの高真空条件下で動作可能であるという利点がある。

研究成果の学術的意義や社会的意義

Mass measurements of 123Pd was performed to investigate its influence in the r-process synthesis of chemical elements tin and antimony. Such measurement is only possible only at RIBF/RIKEN.
The results of this experiment was published in international journal and a press release was prepared.

研究成果

• [雑誌論文] First Application of Mass Measurements with the Rare-RI Ring Reveals the Solar r-Process Abundance Trend at A=22 and A=123 (2022)
  • 著者名/発表者名: H. F. Li, S. Naimi et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 128 号: 15 ページ: 152701-1
  • DOI: 10.1103/physrevlett.128.152701
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Improved position resolution of the beam diagnostics detector for the Rare-RI Ring (2021)
  • 著者名/発表者名: G. Hudson-Chang, S. Naimi et al.
  • 雑誌名: RIKEN Accelerator Progress Report 巻: 54 ページ: 101-101
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development and operation of a time-of-flight detector to confirm particle storage at the Rare-RI Ring (2021)
  • 著者名/発表者名: D. Nagae et al.
  • 雑誌名: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A 巻: 986 ページ: 164713-164713
  • DOI: 10.1016/j.nima.2020.164713
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Experimental Challenges of the First Mass Measurement Campaign at the Rare-RI Ring (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Naimi et al.
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 1643 号: 1 ページ: 012058-012058
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1643/1/012058
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Performance of a none-isochronous position-sensitive detector for the Rare-RI Ring (2020)
  • 著者名/発表者名: R. Crane, S. Naimi et al.
  • 雑誌名: RIKEN Accelerator Progress Report 巻: 53 ページ: 177-177
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Efficiency and timing performance of time-of-flight detector utilizing thin foils and crossed static electric and magnetic fields for mass measurements with Rare-RI Ring facility (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Suzuki, A. Ozawa, D. Kamioka, Y. Abe, M. Amano, H. Arakawa, Z. Ge, K. Hiraishi, Y. Ichikawa, K. Inomata, A. Kitagawa, T. Kobayashi, Hg. Li, T. Matsumoto, T. Moriguchi, M. Mukai, D. Nagae, S. Naimi, S. Omika, S. Sato, Y. Tajiri, K. Wakayama, T. Yamaguchi
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 965 ページ: 163807-163807
  • DOI: 10.1016/j.nima.2020.163807
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of a new in-ring beam monitor in the Rare-RI Ring (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Omika, T. Yamaguchi, N. Tadano, Y. Abe, M. Amano, Z. Ge, D. Kamioka, T. Moriguchi, D. Nagae, S. Naimi, A. Ozawa, F. Suzaki, S. Suzuki, T. Suzuki, T. Uesaka, M. Wakasugi, K. Wakayama, Y. Yamaguchi
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 巻: 463 ページ: 241-243
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2019.05.029
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mass Measurements with the Rare-RI Ring for the A=130 r-process Abundance Peak (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Naimi et al.
  • 雑誌名: Riken Acceleration Progress Report 巻: 52 ページ: 102-102
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Preliminary analysis of mass measurement experiment in the south-western region of 132Sn with Rare RI Ring (2019)
  • 著者名/発表者名: H.F. Li, S. Naimi et al.
  • 雑誌名: Riken Acceleration Progress Report 巻: 52 ページ: 52-52
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Mass measurement with the Rare-RI Ring at RIBF/Riken elucidates r-process abundances of heavy elements at A=122,123 (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Naimi
  • 学会等名: TCHoU Workshop (Online)
  • 招待講演
• [学会発表] Development of a large-area position-sensitive detector for the Rare-RI Ring at Riken (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Naimi
  • 学会等名: TCHoU workshop, Online, March 29th, 2021
  • 招待講演
• [学会発表] Status of R3 and new in-ring detectors (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Naimi
  • 学会等名: NucAR workshop, Online, Dec-7 and Dec-10, 2020
  • 招待講演
• [学会発表] Position Sensitive Detector Development for use in the Rare Radio-Isotope Ring (2020)
  • 著者名/発表者名: G. Hudson-Chang
  • 学会等名: CNS summer school, Online, 17-21 August 2020
• [学会発表] First Mass Measurements with the Rare-RI Ring at RIBF/RIKEN for Nuclear Astrophysics (2019)
  • 著者名/発表者名: Sarah Naimi
  • 学会等名: 27th International Nuclear Physics Conference 2019
• [学会発表] Mass measurement of neutron-rich 122Rh, 123,124Pd and 125Ag nuclides with Rare-RI Ring at RIBF in RIKEN (2019)
  • 著者名/発表者名: Hongfu Li
  • 学会等名: 27th International Nuclear Physics Conference 2019
• [備考] 元素起源の謎の解明に向けた世界最速質量測定が始動
  • URL: https://www.riken.jp/press/2022/20220428_2/index.html