爆発的元素合成過程における質量数１６０近傍の希土類元素ピーク形成の解明

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24740188
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 渡邉 寛 独立行政法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 客員研究員 (60333316)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 国際共同研究 / 元素合成 / 中性子過剰核 / ベータ崩壊 / 半減期 / アイソマー / RIビームファクトリー

研究実績の概要

[最終年度に実施した研究の成果]
平成26年11月に、理化学研究所RIビームファクトリー(RIBF)において、質量数160～170近傍の希土類同位体(原子番号62～68)の崩壊核分光実験を実施した。これらの核種は、安定同位体と比較して中性子数が非常に多い放射性同位元素(中性子過剰核)であり、数百ミリ秒から数十秒でベータ崩壊する。自然界に存在する約270種の安定同位体のうち、鉄より重い元素の約半分は、非常に中性子密度が高い環境下でこのような中性子過剰核を介してごく短時間のうちに合成されたと考えられており(r過程)、本研究対象の原子核は、質量数160近傍に現れる希土類元素ピークの形成において重要な役割を果たすと考えられている。
本研究では、核子当り345メガ電子ボルトに加速したウラン238の核分裂/破砕反応により中性子過剰な希土類同位体を生成し、同位体分離装置を用いて分離・輸送した後、最終焦点位置に配置した両面分割型シリコン半導体検出器とゲルマニウム半導体検出器-EURICA-を用いてベータ崩壊の半減期、および崩壊に伴い放出されるガンマ線を測定した。また、マイクロ秒程度の寿命を持つ励起状態(アイソマー)を、ビームとの遅延同時計測により同定した。

[研究期間全体を通じて実施した研究の成果]
研究期間内に実施したEURICAを用いた一連の研究により、中性子過剰核の半減期に関する学術論文２編、核構造に関する論文７編を誌上発表した(内2編は筆頭著者)。これら中性子過剰核の崩壊・構造に関する情報は、r過程元素合成の天体シミュレーションを構築する上で重要な基礎となるものであり、最終年度に行った実験で得られる成果と合わせ、重元素領域まで含めた元素合成過程の包括的理解が進むと期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Monopole-Driven Shell Evolution below the Doubly Magic Nucleus 132Sn Explored with the Long-Lived Isomer in 126Pd (2014)
  • 著者名/発表者名: H.Watanabe, et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 113 ページ: 042502
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.042502
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] β-Decay Half-Lives of 76, 77Co, 79, 80Ni and 81Cu Experimental Indication of a Doubly Magic 78Ni (2014)
  • 著者名/発表者名: Z.Y.Xu, S.Nishimura, G.Lorusso, F.Browne, P.Doornenbal, G.Gey, H.-S.Jung, Z.Li, M.Niikura, P.-A.Soderstrom, T.Sumikama, J.Taprogge, Zs.Vajta, H.Watanabe, J.Wu, et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 113 ページ: 032505
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.032505
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 1p3/2 Proton-Hole State in 132Sn and the Shell Structure Along N= 82 (2014)
  • 著者名/発表者名: J.Taprogge, A.Jungclaus, H.Grawe, S.Nishimura, P.Doornenbal, G.Lorusso, G.S.Simpson, P.-A.Soderstrom, T.Sumikama, Z.Y.Xu, H.Watanabe, J.Wu, et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 112 ページ: 132501
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.132501
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of a millisecond isomeric state in 129Cd81 via the detection of internal conversion and Compton electrons (2014)
  • 著者名/発表者名: J.Taprogge, A.Jungclaus, H.Grawe, S.Nishimura, P.Doornenbal, G.Lorusso, G.S.Simpson, P.-A.Soderstrom, T.Sumikama, Z.Y.Xu, H.Watanabe, J.Wu, et al.
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 738 ページ: 223-227
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2014.09.047
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Yrast 6+ Seniority Isomers of 136, 138Sn (2014)
  • 著者名/発表者名: G.S.Simpson, G.Gey, A.Jungclaus, J.Taprogge, S.Nishimura, K.Sieja, P.Doornenbal, G.Lorusso, P.-A.Soderstrom, T.Sumikama, Z.Y.Xu, H.Watanabe, J.Wu,
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 113 ページ: 132502
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.132502
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Isomer Decay Spectroscopy of 164Sm and 166Gd: Midshell Collectivity Around N=100 (2014)
  • 著者名/発表者名: Z.Patel, P.-A.Soderstrom, Zs.Podolyak, P.H.Regan, P.M.Walker, H.Watanabe, et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 113 ページ: 262502
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.262502
  • 査読あり
• [学会発表] Decay spectroscopy at RIBF (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Watanabe
  • 学会等名: 日本物理学会第７０回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
  • 招待講演
• [学会発表] Highlights of EURICA decay spectroscopy at RIBF (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Watanabe
  • 学会等名: Fourth Joint Meeting of the Nuclear Physics Divisions of the American Physical Society and The Physical Society of Japan (HAWAII2014)
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 2014-10-07 – 2014-10-11
  • 招待講演
• [学会発表] Gamma-ray spectroscopy of exotic nuclei with EURICA (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Watanabe
  • 学会等名: International Symposium on EXOtic Nuclei (EXON-2014)
  • 発表場所: Kaliningrad, Russia
  • 年月日: 2014-09-08 – 2014-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] The nature of a shell closure at N=82 explored with seniority and spin-gap isomers in neutron-rich Pd and Ag isotopes (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Watanabe
  • 学会等名: Advances in Radioactive Isotope Science (ARIS2014)
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2014-06-01 – 2014-06-06
• [備考] Neutron holes achieve metastable status
  • URL: http://www.riken.jp/en/research/rikenresearch/highlights/7866/