| 研究課題/領域番号 |
20K03943
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| 研究機関 | 埼玉大学 |
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研究代表者 |
江幡 修一郎 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (40614920)
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| 研究分担者 |
吉永 尚孝 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (00192427)
千葉 敏 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (60354883)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 核分裂 / 原子核構造 / 微視的平均場模型 |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題は核分裂片に現れる荷電偏極を非経験的な理論手法で導出し、任意の核分裂生成核種に適用し荷電偏極の理論データ基盤を開発する事である。
核分裂する親核の陽子数(Z)と核子数(A)比が分裂片で変化しない仮定をUCD(unchanged charge distribution)仮定と呼ぶ。核分裂時や核分裂片から放出される中性子(即発中性子、遅発中性子)の測定値を再現する為には、実際の核分裂片はUCDからズレがあると考えられ、このズレを荷電偏極と呼んでいる。ズレは典型的には±0.5程度になると考えられている。ウラニウムの分裂片の核子数が約100程度である事から、荷電偏極は僅かだが、即発中性子及び遅発中性子収率に大きな影響を与える事が知られている。荷電偏極は既存のデータライブラリに採録され応用されているが、原子核理論による裏付けはなく、任意の核分裂生成核種に予言能力はない。そこで非経験的にデータを得られる理論的手法の開発を進めている。
2020年度のウラニウム-236の分裂片の結果から、中性子収率に重要な軽い(重い)分裂片の荷電偏極が静的微視的平均場模型(拘束条件付きSkyrme HF+BCS模型)からは再現されない事が分かり、動的効果の考慮の必要性が生じた。そこで2021年度の課題は動的な効果を取り入れた時間依存平均場模型による、核分裂片を記述する模型の開発とした。
静的方法で得られた分裂前の配位を初期状態とし、分裂するまで実時間発展させ、荷電偏極を導出したが、静的方法で得られた分布と同等の結果となった。また対相関相互作用の汎関数依存性なども調べたが同様の結果を得た。そこで新しく等エネルギー面で初期状態を準備したところ有限の荷電偏極が軽い(重い)分裂片で現れた。更にエネルギー依存性がある事を確かめた。以上の結果を日本原子力学会及び日本物理学会にて口頭発表した。
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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
2021年度の研究実施計画では2020年度で開発された微視的平均場模型に基づく理論的手法で、荷電偏極を導出し、評価する方法を用いて、Whal's systematicsに採録されている反応系を対象に理論データベースを構築する予定であった。
2020年度の計画に従って、拘束条件付きのSkyrme HF+BCS模型で対象核種(U236)のポテンシャルエネルギー面を計算し、分裂片の配位から核子数を計算する手法を開発し、さらに得られた荷電偏極を統計崩壊計算へ入力し即発・遅発中性子収率を計算して既存の測定値と比較しする方法は確立したが、静的な方法では軽い(A<90)・重い(A>140)核分裂片が持つべき十分な大きさの荷電偏極を得られない事が分かった。動的効果の考慮すべきという知見が得られた。
そこで、当初の計画を変更し動的効果を考慮した、時間依存平均場模型に基づく理論的手法の開発を行った。また研究計画の最後の課題としていた相互作用依存性についても、調べる事にした。
静的な方法の開発で、核分裂に至るまでの配位は用意できたので、分裂前の配位を初期状態として準備し、時間依存平均場模型の初期配位として、分裂するまで時間発展をさせた。同時に対相関汎関数の依存性を調べる為に、同じ変形度を持つ拘束条件の下、対相関汎関数を変えて初期配位を準備して同様の計算を行った。この時間依存の方法で得られた荷電偏極は静的方法の結果とほぼ同じ結果になった。初期配位の四重極変形度を同一にするのではなく、等エネルギー面の初期配位から時間発展を行い、荷電偏極を導出した結果、軽い(A<90)・重い(A>140)核分裂片で有限の荷電偏極が現れる事が分かった。またこの荷電偏極はエネルギー依存性がある事が分かった。以上の結果により、研究計画は変更はあったが、おおむね順調に進展していると判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
原子核構造に基づく方法で核分裂片の配位を計算し、その結果を荷電偏極を通して評価する事が可能になった。原子核構造が反映された球形魔法数や八重極変形核の特徴が、荷電偏極に現れる事が明らかになったが、同時に静的な方法による荷電偏極の導出は十分では無い事も明らかになった。動的効果を考慮する為に、実時間依存平均場模型を適用し、荷電偏極を得る方法を開発したが、初期配位に大きく依存する事が分かった。等四重極変形度ではなく、等エネルギーを持つ初期配位を選ぶことで軽い(A<90)・重い(A>140)核分裂片で有限の荷電偏極が現れる事が分かった。また、この荷電偏極にはエネルギー依存性がある事も分かった。
今後の研究計画では、より精度を高くし、核分裂障壁の有効相互作用依存性を調べつつ、当初予定していたWhal's systematicsに採録されている反応系を対象に理論データベースを構築し研究計画を完了したい。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウイルスの蔓延により、当初から計画していた旅費を使用する事が出来なかった為、次年度使用額が生じた。
次年度においては、新型コロナウイルスの状況が鎮静傾向にあり、国際会議や国内会議の開催が可能になってきている為、積極的に参加しようと計画している。また、海外にいる共同研究者との研究打ち合わせを計画している。
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