r過程元素合成に影響する軽核の(n,γ)反応測定

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25400304
• 研究機関: 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 牧井 宏之 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 先端基礎研究センター, 研究員 (20425573)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 中性子捕獲反応 / 中性子捕獲断面積 / 元素合成 / r-過程 / 核データ

研究実績の概要

中性子捕獲反応がβ崩壊よりも早く進むr過程と呼ばれる元素合成過程を理解する上で重要な物理量の一つと考えられているBe-9の中性子捕獲断面積の測定を行った。測定は大強度用紙加速器施設（J-PARC）、物質・生命実験施設（MLF）内のBL04に整備された中性子核反応実験装置（ANNRI)を用いて行った。J-PARC / MLF の核破砕中性子源において発生した中性子ビームは中性子源を取り囲むように設置された減速材で減速された後、ANNRI ビームライン上流に設置されたコリメータで成型され、試料に照射される。測定では試料での中性子捕獲反応により生じるγ線を観測し、反応に関与した中性子のエネルギーは中性子源に陽子ビームが入射されてからガンマ線が観測するまでの時間差（中性子の飛行時間）から決定した。
前年度までは中性子源から21.5mの位置に設置したGeスペクトロメータを用いてγ線を観測していたが、中性子の飛行時間が少ない（中性子のエネルギーが高い）領域でデータを収集する効率が極めて低いという問題があった。この問題に対応するため、Ge検出器と比較して時間応答の速い、NaI(Tl)検出器やLaBr3(Ce)検出器をγ線検出器として使用することとした。ANNRIでは中性子源から27.9mの位置にビーム軸に対して90度及び、125度に2台のNaI(Tl）検出器が設置されている。これらに加えてビーム軸に対して55度にNaI(Tl)よりもさらに時間応答の速いLaBr3(Ce)検出器を設置した。これらの検出器を用いることでGeスペクトロメータではデータを取得するのが極めて困難な中性子エネルギー数keV以上の領域でBe-9の中性子捕獲反応で生じるγ線が観測できていることを確認した。

研究成果

• [雑誌論文] A Comprehensive Approach to Determination of Nuclear Data of Unstable Nuclei (2016)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Chiba, Katsuhisa Nishio, Yohihiro Aritomo, Hiroyuki Koura, Osamu Iwamoto, Hiroyuki Makii, Ichiro Nishinaka, and Kentaro Hirose
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 106 ページ: 04004-p.1-p.9
  • DOI: 10.1051/epjconf/201610604004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a measurement system for the determination of (n,gamma) cross-sections using multi-nucleon transfer reactions (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Makii, S. Ota, T. Ishii, Y. Wakabayashi, K. Furutaka, I. Nishinaka, S. Chiba, M. Igasira, A. Czeszumska
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 巻: 797 ページ: 83-93
  • DOI: 10.1016/j.nima.2015.05.005
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Excitation energy dependence of fragment-mass distributions from fission of 180,190Hg formed in fusion reactions of 36Ar + 144,154Sm (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Nishio, A.N. Andreyev, R. Chapman, X. Derkx, Ch.E. Dullmann, L. Ghys, F.P. Hebberger, K. Hirose, H. Ikezoe, J. Khuyagbaatar, B. Kindler, B. Lommel, H. Makii, I. Nishinaka, T. Ohtsuki, S.D. Pain, S. Sagaidak, I. Tsekhanovich, M. Venhart, Y. Wakabayashi, S. Yan
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 748 ページ: 89-94
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2015.06.068
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 大強度重イオンビームを用いた天体核反応率測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 牧井 宏之
  • 学会等名: 宇宙核物理連絡協議会（宇核連）研究会
  • 発表場所: 国立天文台三鷹キャンパス（東京都三鷹市）
  • 年月日: 2016-02-22 – 2016-02-24
  • 招待講演