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2020 年度 実績報告書

クーロン障壁近傍のエネルギーにおける核融合反応の統一的理解へ向けて

研究課題

研究課題/領域番号 18J20565
研究機関東北大学

研究代表者

時枝 正明  東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2021-03-31
キーワード原子核反応 / 原子核融合 / 量子開放系 / ランジュバン模型 / 量子トンネル効果 / 影響汎関数 / 量子散逸系の階層方程式
研究実績の概要

最終年度である本年度はこれまで開発してきた方法を総合して、カルデラ・レゲット模型を核融合反応へと応用し、またその結果について考察した。
核融合問題への応用にあたり、昨年度行った一次元障壁透過問題への応用の際に使用した手法は、遠方でも働くクーロン力のために、核融合問題には適さない事が判明した。この点について、別の方法が適している事を数学的に見出し、また実際計算することで有用性を確かめた。
この進展をもとに、カルデラ・レゲット模型を核融合問題へと応用し、散逸や揺らぎが核融合反応に及ぼす影響を議論した。摩擦係数として、古典ランジュバン計算の先行研究でよく用いられる模型を採用した。結果として、クーロン障壁以上、以下どちらの入射エネルギーにおいても散逸や揺らぎがある場合核融合断面積が減少する事がわかった。その起源について、クーロン障壁以上の入射エネルギーにおける核融合断面積の減少は古典的に解釈できる事がわかった。一方で、クーロン障壁以下の入射エネルギーでは量子トンネル過程における摩擦力が主な原因となる事がわかった。また、励起スペクトルを解析したところ、透過波に対する摩擦力の影響が重要となっている事がわかった。原子核衝突における摩擦係数は、衝突核が接触する近傍においては、核間距離が小さくなるほど急激に増大していく。反射波は摩擦係数が小さい障壁の外側を主に伝搬するために摩擦の影響をあまり受けない一方で、透過波は障壁内側へと到達するので摩擦の影響を大きく受け、その結果核融合断面積が減少する事を明らかにした。このように反射成分と透過成分が受ける摩擦の影響が異なるというのは量子力学特有の性質である。また、他の量子散逸系では議論されてこなかった原子核衝突に特有な性質であり、今回の計算によって初めて明確にできた点である。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2021 2020

すべて 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [学会発表] Quantum mechanical description of energy dissipation and application to heavy-ion fusion reactions2021

    • 著者名/発表者名
      M. Tokieda
    • 学会等名
      iTHEMS Seminar
    • 招待講演
  • [学会発表] クーロン障壁近傍の核融合反応におけるエネルギー散逸の効果2021

    • 著者名/発表者名
      時枝 正明、萩野 浩一
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会(2021年) (シンポジウム講演)
    • 招待講演
  • [学会発表] Phenomenological modelling of energy dissipation in near-barrier fusion reactions2020

    • 著者名/発表者名
      M. Tokieda
    • 学会等名
      A3F-CNS Summer School 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] ボソン演算子を用いた調和振動子熱浴模型の新たな見方2020

    • 著者名/発表者名
      時枝 正明、萩野 浩一
    • 学会等名
      日本物理学会 秋季大会(2020年)

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公開日: 2021-12-27  

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