| 研究課題/領域番号 |
25247045
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| 研究機関 | 独立行政法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
西村 俊二 独立行政法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 先任研究員 (90272137)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 重元素合成 / ベータ崩壊 / 超新星爆発 / 中性子過剰核 / 半減期 / 遅発中性子 / ガンマ線 / 核構造 |
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| 研究実績の概要 |
重元素合成の鍵を握る非常に中性子過剰な原子核の性質を調べるために、実験および検出開発・制作を行った。RIBF加速器施設を利用し、ｒ過程の第１、２ピーク、および希土類元素の生成に関わる質量数A＝８０、１３０、１６５近傍の非常に中性子過剰な原子核の崩壊測定実験を実施した。
①陽子数Z=28,中性子数N=50を特徴とする２重魔法核78Ni近傍の寿命測定実験を行い、新同位体元素77Co,80Niを含む20種もの中性子過剰な原子核の寿命測定に成功した。78Niより中性子過剰な79Ni, 80Ni, 77Coは78Niよりも３～１０倍速く崩壊することが分かった。この測定結果から、78Niにおいて２重魔法数が実現していることを示す最初の実験結果を得ることに成功した。②中性子数N=82の魔法数近傍における非常に中性子過剰な原子核110個の寿命測定を行った。この結果を超新星爆発におけるｒ過程計算に取り入れた計算を行った。③希土類元素の生成に重要な質量数A=165近傍の中性子過剰核の寿命測定を行った。得られたデータの解析を進めている。④以上の解析に加え、中性子識別(PSD)を可能とする飛行時間測定型中性子検出器の開発を行った。まずは４０本の検出器の制作を行い、500MHzの高速デジタル読み出し回路を導入したテスト実験を実施した。中性子線源(252Cf)とHIMAC・重イオンビームを利用した検出器の性能評価を行った結果、想定通りの波形弁別能力と時間分解能が確認できた。さらに光電子増倍管と新しフォトンセンサー(MPPC)の性能比較を行うために、高速アンプの試験を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
重元素合成における質量数A=80, 130, 165近傍のベータ崩壊実験を実施しデータ解析も順調に進んでいる。まず、陽子数Z=28, 中性子数N=50をもつ２重魔法数78Niおよびその近傍の寿命測定に成功した。その結果、78Niより中性子過剰な79Ni, 80Ni, 77Coは78Niよりも３～１０倍速く崩壊することが分かった。この測定結果から、78Niにおいて２重魔法数が実現していることを示す最初の実験結果を得ることに成功した。爆発的元素合成における初期条件に関する制限が加えられると期待される。
重要な鍵を持つN=82に位置する128Pdの第１励起エネルギーの測定に成功に引き続き、136,138Snの第１励起エネルギーの同定に成功した。また、質量数100-140のｒ過程経路上に位置する110個の寿命測定の解析を行った。新たに得られた１１０個の半減期をｒ過程のシミュレーションに取り込み、重元素合成における生成量を調べた結果、陽子数Z=54以上の希土類における「元素生成比の普遍性」を確認することができた。重元素合成の計算結果と金属欠乏星の組成比とを比較したところ、超新星爆発における原子核の中性子捕獲と光分解反応の平衡環境下における元素合成シナリオと矛盾しない結果を得た。
検出器開発においては、高速デジタル回路を導入した飛行時間・PSD型中性子検出器の制作を行い、最終的に必要な８０本の内の４０本を制作した。この内の２５本を欧州大球形ガンマ線検出器(EUIRCA)に設置し、５月に行われる実験に向けた準備を行った。また、遅発中性子放出確率の測定を行うために、180本もの3He検出器を導入したBRIKENプロジェクトを推進した。オークリッジ研究所から３本の3Heを入手した。
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| 今後の研究の推進方策 |
質量数80-85, 100-170領域のデータ解析をさらに進め、重元素合成にかかわる数百個もの原子核の寿命を決定し、超新星爆発における時間発展、エントロピーに関する議論を行う。さらに、ガンマ線(EURICA)、中性子（BRIKEN, NiGIRI)を利用し、遅発中性子に関する研究を推し進める。ベータ線検出器(MACi, CAITEN)を導入する。
現在制作している中性子検出器に採用している特殊プラスチックシンチレータをセグメント化した位置検出型ベータ線検出器(MACi)の開発を行う。これにより、遅発中性子のエネルギー測定に必要な高時間分解能に加え、波形弁別機能を持つかつてないベータ線検出器の導入が期待される。この検出器をEURICA装置に導入し、非常に中性子過剰な原子核からの遅発中性子エネルギーの測定を実現する。
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