革新的質量分光器を用いた重元素の起源の研究

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17H06090
• 研究種目: 特別推進研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系; 数物系科学
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 和田 道治 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (50240560)
• 研究分担者: 森本 幸司 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, チームリーダー (00332247) ; 加治 大哉 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, 上級技師 (00391912) ; 宮武 宇也 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, その他部局等, シニアフェロー (50190799) ; 石山 博恒 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, チームリーダー (50321534) ; 小浦 寛之 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 室長 (50391264) ; 羽場 宏光 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, 室長 (60360624) ; 岸本 忠史 大阪大学, 核物理研究センター, 特任教授 (90134808) ; 西村 俊二 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, 先任研究員 (90272137)
• 研究期間 (年度): 2017-04-25 – 2022-03-31
• キーワード: 元素の起源 / 質量測定 / イオントラップ / MRTOF / r-過程 / 短寿命原子核

研究成果の概要

本研究では、重元素の合成過程研究の鍵となる、広範囲の短寿命原子核の質量を網羅的かつ高精度に能率よく測定する仕組みを完成させた。理化学研究所の加速器施設に所在する短寿命核ビーム供給源の内、超重元素領域に有効なGARIS、高融点元素の中性子過剰核に特化したKISS、ウランより軽い広範囲をカバーするBigRIPS-SLOWRIの3箇所に、ガスセル装置とMRTOF質量分光器を整備し、高精度の質量測定を並行して実行できる。既に4百余核種の質量測定に成功しており、数年内に千核種を達成できる予定である。この圧倒的なデータと、関連する核分光研究と合わせて、重元素の起源研究を大いに発展させることが期待できる。

自由記述の分野

実験原子核物理学

研究成果の学術的意義や社会的意義

鉄より重い元素は通常の恒星内での融合反応では生成できず、爆発的な天体現象が必要な事がわかっている。最近の重力波等の観測に因れば、中性子星合体がその有力候補と考えられている。しかしその爆発的現象の素過程の理解は、普段自然に存在せずその特性が分かっていない短寿命で崩壊する原子核を経るため、確度の不十分な理論計算に依らざるを得ない。実験的に、関与する短寿命原子核の特性、とりわけその質量を網羅的に測定することが、重い元素の起源解明の鍵と考えられている。本研究はそれを大いに発展させる仕組みを作ったことに相当する。