| 研究課題/領域番号 |
19H01914
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
鈴木 大介 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, 研究員 (70769504)
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| 研究分担者 |
久保野 茂 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, 客員主管研究員 (20126048)
新倉 潤 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (50644720)
今井 伸明 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (80373273)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 元素合成 / RIビーム / 核構造 / 高速陽子捕獲反応 / 中性子星 / Ｘ線バースト / ガンマ線核分光 / 核子移行反応 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は 、低速制御したRIビームを用いた核子移行反応とゲルマニウム半導体検出器を用いた核分光を融合することにより、元素合成と天体現象に関与する高速陽子捕獲過程（ｒｐプロセス）の反応断面積を決定することを目的としている。第二年度は（１）要素技術の開発を継続し（２）ゲルマニウム半導体検出器を用いたガンマ線核分光実験を実施した。（１）（Ａ）初年度に製作したダイヤモンド半導体検出器の性能評価を行った。全治増幅器を購入し、性能評価を行うテスト・ベンチを製作した。この検出器はRIビームのエネルギーを制御する際にエネルギー・モニターの役割を担う。高いルミノシティを実現するために、毎秒100万個の粒子の照射に耐えうる設計を実現した。（Ｂ）液体水素標的の開発。エミッタンスの低いRIビームに最適化した口径20 mm、厚さ1.5 mmの液体水素標的セルを開発した。標的セルの開発データと性能評価実験の結果を論文としてまとめ、投稿した。現在査読中である。（Ｃ）昨年度、超新星爆発時のrpプロセスを律速する56Niの中性子捕獲反応断面積測定実験をRIBFにおいて提案し、採択された。この実験にむけて、反応後の荷電粒子を測定するシリコン半導体検出器の開発を始めた。粒子識別能力とエネルギー・角度分解能を評価する実験を九州大学タンデム加速器において行った。（２）ゲルマニウム半導体検出器を用いた新世代のRIビーム核分光を推進するために、昨年度78Niの分光実験をRIBFに提案し、採択された。78Ni領域は、超新星爆発あるいは中性子合体において、鉄より重い元素の合成のカギとなる領域である。本年度は、本実験のために、欧米日中韓の研究所が所有する検出器をRIBFに集結し、検出器アレイを構築した。本装置を用いた実験として、本研究の実験のほかに７つの提案が採択されている。本年度は、本装置の性能評価実験と、ほかの７つの実験を実施した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究計画は、現在までおおむね順調に進捗している。（１）要素技術の開発。液体水素標的は終了した。投稿論文が査読中である。ダイヤモンド検出器とゲルマニウム半導体検出器の開発は予定通り進んでいる。56Niの中性子捕獲反応断面積測定実験のためにシリコン半導体検出器の開発を開始した。（２）実験の実施。当初の予定では、60Znの陽子捕獲断面積を評価する実験を行う予定だった。天体核物理の専門家と検討した物理データの重要性とインパクト、実験の技術的な難しさを総合的に勘案し、まず56Niの中性子捕獲反応断面積を評価する実験を先行して行う判断をした。同時にゲルマニウム半導体検出器を用いた新世代のRIビーム核分光を推進するために、78Niの分光実験を行うことにした。両実験は、昨年度RIBFにおいて採択された。施設側のビーム・スケジュールの都合上、まず後者の78Niの分光実験を実施することになった。本年度は、RIBFのビームラインにゲルマニウム半導体検出器アレイを構築した。コロナの影響により、スケジュールが半年遅延したものの、2020年10月―12月に本装置の性能評価実験と、同装置で提案された分光実験を合計７つ実施することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
2021年度は、RIBFにおいて78Ni領域のガンマ線核分光実験を実施する。実験後には、測定データの解析を進めてゆく。並行して56Niの中性子捕獲断面積測定の実験に向けて、要素技術の開発を続ける。（１）製作したダイヤモンド半導体検出器の時間分解能等の性能を評価する。マルチヒット型のTDC (Time-to-Digital Converter)を調達し、ビーム強度が高い場合においても、各粒子の信号の時間情報を記録できるように測定技術を開発する。（２）核子移行反応後の荷電粒子を測定するために、シリコン半導体検出器アレイを開発する。（３）ゲルマニウム半導体検出器を設置する架台を設計・製作する。検出器シミュレーションで決定した配置に検出器を設置するために、架台を設計し製作する。（４）理論物理学者との議論を継続する。本研究の実験で評価する天体核反応に限定せず、幅広い観点で元素合成と天体現象に影響の大きい陽子・中性子捕獲反応を議論する。本研究が開発する実験手法により開拓しうる天体核反応を探る。また核子移行反応の反応機構に関して、核反応の専門家と議論し、計算を行う。
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