• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2021 年度 実施状況報告書

中性子星の構造解明に向けた重い中性子過剰核のスキン厚測定

研究課題

研究課題/領域番号 20K03997
研究機関筑波大学

研究代表者

森口 哲朗  筑波大学, 数理物質系, 助教 (10635890)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード不安定核 / 中性子スキン / 中性子星 / 反応断面積 / 固体水素標的
研究実績の概要

本研究は、重い中性子過剰核の中性子スキン厚(原子核表面に現れる中性子の層)を導出し、中性子星の構造を解明することを目的とする。中性子星の大きさと中性子スキンの厚さには約10の19乗のスケールの違いはあるが、中性子物質の圧力という共通のパラメータを持つ。現在、この圧力パラメータには大きな不定性があるため、本研究でより精度良く決める。スキン厚は反応断面積(原子核反応の確率)を測定することで導出できる。重い原子核の場合、原子番号が大きくなるため、スキン厚の導出に直接寄与しないクーロン力による分解反応の影響が大きくなることが課題とされてきた。そこで、本研究ではクーロン分解の影響が最も少ないとされる水素を反応標的に用いることで、この課題を克服する。特に、本研究では申請者が開発し運用してきた固体水素標的を使用する。この固体水素標的は反応断面積測定に特化したもので、最大直径50×長さ100 mm^3の固体水素を作成することができる。実験は理化学研究所のRIビームファクトリー(RIBF)にて行う。RIBFでは重い中性子過剰核の生成を可能とする。本研究ではスズの原子核に注目し、特に、134-137Sn(陽子数50、中性子数84-87)の重い中性子過剰核のスキン厚の導出に挑戦する。
本年度は固体水素標的の改良を行った。具体的には固体水素を回収することなく標的有りと無しの測定ができるシステムを構築した。量子医科学研究所のHIMACにおけるビーム実験において本システムの有効性を示すことができた。また、来年度実施予定のRIBFにおける本実験に向けた実験計画の詳細を検討し、使用予定の検出器のテスト等を行った。

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

本年度は、主に、本実験に向けた固体水素標的の改良を行った。反応断面積測定では反応標的以外の物質で反応するバックグラウンドイベントを知るために、反応標的が無い測定を行う。これまでの固体水素標的を使った実験では、この反応標的の無い測定のために、固体水素を一旦溶かし回収するという作業を行ない、その後、再び固体水素を作成する、という運用を続けてきた。これは、限られたマシンタイムにとってはとても非効率な作業である。これを改善すべく、今年度、固体水素有り用のセル(固体水素を溶かさず常に保持)と無し用のセル(常に真空)の二つを設けるよう標的セルの改良を行った。これに併せ、この二つのセルを切り替えるための昇降機構も作成した。この改良によって、これまで固体水素標的無しと有りの切り替えに約3時間を費やしていたが、これを約30秒に短縮することに成功した。本システムは、量子医科学研究所のHIMACにおける重イオンビームを用いた反応断面積測定において、その有効性を確認することができた。
現状の固体水素標的の改良すべき点は、ビームが通過する標的の入射面と出射面がフラットでない点である。固体水素標的の入射及び出射窓には薄膜(主にカプトン)を使用しているが、これが固体水素標的の作成中に薄膜の内側と外側の気圧差により膨らんでしまう。これがフラットな面にならない原因となっている。この膨らみは反応断面積の実験値における不定性の一つとなっている。今年度、これを改善するための検討を行った。現状、固体水素標的の入射窓及び出射窓を覆う追加セルを設ける計画を進めている。この追加セルは薄膜の内外の気圧差を無くすためのガスを封入するためのものである。また、本年度、本実験で使用する予定のプラスチックシンチレータ等の検出器の性能評価を行うと共に、本実験で使用するSn同位体の不安定核ビーム作りの検討も行った。

今後の研究の推進方策

固体水素標的の入射面及び出射面のフラット化を目指す。これに向けてのシステムの構築だけでなく、フラット面の評価をレーザー距離変位計や重イオンビーム(量子医科学研究所のHIMACにて)を用いて評価することを計画している。その後、理化学研究所のRIBFにおいて固体水素標的を用いたSn同位体の反応断面積測定を行うと共に、その解析を進める予定である。

次年度使用額が生じた理由

次年度に使用額が生じた大きな理由は、本年度、理化学研究所のRIBFにおける本実験を実施しなかった点である。本年度、固体水素標的の改良などを行うための予算は執行した。本実験では、固体水素標的の運搬や現地での運用、また、実験遂行のための検出器等の整備を必要とするため、これらに掛かる費用は、本実験を予定している次年度での執行を考えている。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件)

  • [国際共同研究] 北京航空航天大学(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      北京航空航天大学
  • [学会発表] Be 同位体の陽子及び中性子分布半径の導出に向けた 固体水素および重水素標的を用いた断面積測定2022

    • 著者名/発表者名
      高山元、福田光順、森口哲朗、矢野朝陽、田中聖臣、福留美樹、田口諒、要直登、西村太樹、高橋弘幸、菅原奏来、野口法秀、高津和哉、松多健策、三原基嗣、大谷優里花、木村容子、本多祐也、林双葉、小沢顕、宇根千晶、大坪隆、武智麻耶、鈴木健、山口貴之、神田真矩、関響咲、泉川卓司、佐藤眞二、福田茂一、北川敦志
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
  • [学会発表] 反応断面積測定のための固体重水素標的の開発2022

    • 著者名/発表者名
      矢野朝陽、小沢顕、森口哲朗、要直登、福田光順、三原基嗣、福留美樹、高山元、木村容子、田口諒、本多裕也、林双葉、田中聖臣、鈴木健、山口貴之、神田真矩、関響咲、西村太樹、高橋弘幸、菅原奏来、宇根千晶、大坪隆、野口法秀、泉川卓司、佐藤眞二、福田茂一、北川敦志
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
  • [学会発表] 高エネルギー重イオンビームによる粒子検出器の開発と荷電変化反応の研究2021

    • 著者名/発表者名
      山口貴之、鈴木健, 福田光順, 西村太樹, 田中聖臣, 長江大輔, 小沢顕, 森口哲朗, 大坪隆
    • 学会等名
      第1回日本量子医科学会学術大会
  • [学会発表] 固体水素標的を用いた反応断面積のエネルギー依存性2021

    • 著者名/発表者名
      森口哲朗、小沢顕、堀内渉、阿部康志、北川敦志、向井もも、長江大輔、佐藤眞二、鈴木伸司、鈴木健、山口貴之
    • 学会等名
      第1回日本量子医科学会学術大会
  • [学会発表] Charge Changing Cross Sections and Charge Radii of Sn Isotopes2021

    • 著者名/発表者名
      M. Fukutome, M.Fukuda, M.Tanaka, D.Nishimura, H.Takahashi, G.Takayama, M.Ogose, S.Sugawara, K.Takatsu, M.Mototsugu, Y.Otani, Y.Kimura, T.Otsubo, T.Izumikawa, T.Suzuki, T.Yamaguchi, S.Harayama, T.Moriguchi
    • 学会等名
      HYPERFINE2021
    • 国際学会
  • [学会発表] 重イオンビームの粒子識別に用いるイオンチェンバーの性能評価(Ⅲ)2021

    • 著者名/発表者名
      髙橋弘幸、西村太樹、福田光順、北川敦志、福田茂一、福留美樹、原山朔弥、泉川卓司、木村容子、三原基嗣、森口哲朗、野口法秀、生越瑞揮、大津美沙紀、大坪隆、大谷優里花、佐藤眞二、菅原奏来、鈴木健、高津和哉、高山元、田中聖臣、宇根千晶、山口貴之
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
  • [学会発表] 重イオン二次ビームを用いた原子核の陽子及び中性子分布半径の測定2021

    • 著者名/発表者名
      高山元, 福田光順, 松多健策, 三原基嗣, 福留美樹, 大谷優里花, 木村容子, 田中聖臣, 西村太樹, 高橋弘幸, 菅原奏来, 森口哲朗, 大坪隆, 武智麻耶, 生越瑞揮, 野口法秀, 高津和哉, 鈴木健, 山口貴之, 原山朔弥, 大津美沙紀, 泉川卓司, 佐藤眞二, 福田茂一, 北川敦志
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会

URL: 

公開日: 2022-12-28  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi