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2022 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 mm×長さ100 mm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。
これまでの固体水素標的は生成中に生じる入射膜の膨らみに起因する厚さの不均一性が課題となっていた。本年度、既存の固体水素標的に新たにHeガスセルを取り付けることで、この膨らみを抑制することができた。これにより、より精度の良い実験データの取得が期待できる。スズ原子核の反応断面積測定の準備は既に整っているが、施設のトラブル等の影響により本実験はまだ実施できていない。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

既存の固体水素標的はビームの入射する位置によってその厚さが異なるという課題があった。固体水素標的の入射及び出射窓にはカプトン薄膜を使用しているが、固体水素の生成段階で、供給する水素ガスの圧力によってこの薄膜が膨らむことがこの厚さの不均一性の原因となっている。これまでは入射位置を知るための位置検出器を用いた厚さ補正が必要であったが、位置精度に起因する誤差の伝搬や予期せぬ検出器のトラブル回避の観点から、補正を必要としない均一な厚さの固体水素標的が期待されていた。本年度、既存の固体水素標的の薄膜を覆うようなヘリウムガスセルを新たに取り付けた。これは水素ガスと同じ圧力のヘリウムガスを供給することで薄膜の膨らみを抑えるものである。これを実現すべく、水素とヘリウムの供給ガス圧が常に等しくなるシステムを構築した。レーザー距離計を用いた薄膜表面の均一性の測定から、膨らみが抑えられたことを確認した。また、量子医科学研究所HIMACの重イオンビームを用いた照射実験では、反応率が入射位置によらず一定であったことから、固体水素標的の厚さが均一であることを確認した。これによって、より精度の良い実験データが得られることが期待できる。
本実験であるスズ原子核の反応断面積測定の準備は既に完了しておりいつでも実施できる状態にある。マシンタイム申請は行なっている一方で、施設のトラブル等により、本年度、実験はできていない。そのため、本研究課題はやや遅れていると言える。来年度早々に実験ができることを期待している。

今後の研究の推進方策

本実験に向けた固体水素標的の改良はほぼ済んでおり、他の検出器等の準備も完了しているので、まずは実験を実施することである。その後、早急にデータ解析を行い、スズ原子核の中性子スキン厚を導出し、中性子物質の議論を行う。その後、本研究課題を投稿論文にまとめて発表する。

次年度使用額が生じた理由

本実験を行うための経費として次年度使用額が発生した。実験遂行に向け、装置の運搬費、移動費や滞在費、また、水素やヘリウムガスなど消耗品の他にトラブル対応のための予備物品の購入などに充てる予定である。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Charge-changing cross sections for 42-51Ca and effect of charged-particle evaporation induced by neutron-removal reactions2022

    • 著者名/発表者名
      Tanaka M.、Takechi M.、Homma A.、Prochazka A.、Fukuda M.、Nishimura D.、Suzuki T.、Moriguchi T.、他60名
    • 雑誌名

      Physical Review C

      巻: 106 ページ: 014617

    • DOI

      10.1103/PhysRevC.106.014617

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Li, Be同位体の荷電変化断面積と新しい陽子分布半径導出法2023

    • 著者名/発表者名
      髙山元
    • 学会等名
      日本物理学会2023春季大会
  • [学会発表] ^22^Mg, ^22^Neの荷電変化断面積の測定2023

    • 著者名/発表者名
      渡辺薫
    • 学会等名
      日本物理学会2023春季大会
  • [学会発表] ^12,13^B, ^11^C, ^12,13^Nの荷電変化断面積とその標的依存性2023

    • 著者名/発表者名
      田口 諒
    • 学会等名
      日本物理学会2023春季大会
  • [学会発表] Heガスセルを用いた固体水素標的の厚さの均一化2023

    • 著者名/発表者名
      矢野朝陽
    • 学会等名
      日本物理学会2023春季大会
  • [学会発表] 非対称核物質の理解に向けた不安定核の反応断面積測定2022

    • 著者名/発表者名
      森口哲朗
    • 学会等名
      筑波大学宇宙史研究センター2022年度第2回構成員会議・成果報告&交流会
  • [学会発表] 固体水素、固体重水素標的を用いた反応断面積測定2022

    • 著者名/発表者名
      森口哲朗
    • 学会等名
      反応断面積研究の新しい展望ミニワークショップ
  • [学会発表] Reaction Cross Section Measurements for The Enhancement of Applicability of Glauber Model to Heavy Neutron-Rich Nuclei2022

    • 著者名/発表者名
      N. Noguchi
    • 学会等名
      The Zakopane 2022 Conference on Nuclear Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] 入射核破砕片^12^Beのアイソマー比とアイソマー状態の寿命測定2022

    • 著者名/発表者名
      田口諒
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [学会発表] 中高エネルギー重イオンビームを用いた固体水素標的厚さ新測定方法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      髙山元
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [学会発表] Ne-Mg領域中性子過剰同位体の荷電変化断面積2022

    • 著者名/発表者名
      福田光順
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [学会発表] 不安定核の反応断面積測定に向けた固体重水素標的の開発2022

    • 著者名/発表者名
      矢野朝陽
    • 学会等名
      第2回日本量子医科学会学術大会
  • [学会発表] 入射核破砕片12Beのアイソマー比とアイソマー状態の寿命測定2022

    • 著者名/発表者名
      田口 諒
    • 学会等名
      第2回日本量子医科学会学術大会
  • [学会発表] 中重核領域におけるグラウバーモデルの適用性向上のための反応断面積測定2022

    • 著者名/発表者名
      野口 法秀
    • 学会等名
      第2回日本量子医科学会学術大会

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公開日: 2023-12-25  

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