天体温度での炭素－ヘリウム核融合反応断面積の直接測定

2014 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 25800153
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 藤田 訓裕 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (60532364)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 実験核物理 / 天体核反応 / ヘリウム燃焼

研究実績の概要

太陽より8倍以上の質量を持つ恒星でヘリウム燃焼期に起こる核反応、炭素ーヘリウム核融合反応の反応速度(確率)測定を行った。この反応確率は恒星が後に超新星爆発を起こすか、起こさずに白色矮星になるかを決定する際に大きな影響を与える重要な反応である。
本研究では炭素ビームをタンデム加速器で目標のエネルギーまで加速しヘリウムのガス標的に衝突させ、生成する酸素を検出器で測定する。この反応はエネルギーが低くなるほどに反応確率が下がるため測定が困難になる。前年度までは2.4MeVから1.2MeVまでのエネルギー範囲で測定を行い、反応速度を求めることに成功してきたが、当年度ではさらに低エネルギーである1.0MeVでの測定を行った。
この測定を行うためにバックグラウンドをS/N比にして10-19という能力で除去する必要があるが、これまでに反跳質量分析器、パルスビームを用いた飛行時間測定、長時間幅を持ったRF電場偏向器、電離箱型検出器などを開発し低バックグラウンドを達成してきた。当年度では、さらに低いエネルギーで測定するにあたってバックグラウンドの除去性能を向上させる必要があったため、新たにマイクロチャネルプレートを用いた飛行時間測定器を開発した。
開発した装置を用いて実験を行った結果、反応エネルギー1.0MeVでの反応速度を求めることができた。

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

恒星内部での反応確率を求めるためには、出来るだけ低い反応エネルギーでの測定データが必要になるが、当年度では1.0MeVでの測定が完了した。これまでの測定と合わせると、2.4, 1.5, 1.2, 1.0MeVでの反応確率の測定に成功したことになるので、これにより十分な精度で反応確率を求めることができるようになったと考えられる。
1.0MeVでの測定のために実験装置の改良を複数点について行った。1つは、マイクロチャネルプレートを用いた飛行時間測定器であり、他にも炭素ビームの電流量を増強するための前段バンチャー等がある。それらは全てうまく動作し、実験の成功に役立った。

今後の研究の推進方策

タンデム加速器を用いた測定はほぼ終了したと考えている。今後は恒星内部での反応確率を求めるために得られたデータを整理し他のグループの実験結果との比較や、理論計算などを行っていく。得られた結果を投稿論文や国際会議において発表を行っていく計画である。

研究成果

• [雑誌論文] 九大タンデムにおけるビームバンチャーの開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤田 訓裕、相良 建至、山口 祐幸、田尾 成章、成清 義博、濱元 健一、伴 忠彦
  • 雑誌名: 第27回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会 報告集 巻: 1 ページ: 64, 67
• [学会発表] Direct Measurement of the 4He(12C,16O)gamma Total Cross Section Near Stellar Energies (2014)
  • 著者名/発表者名: Kunihiro Fujita
  • 学会等名: Fifteenth International Symposium on Capture Gamma-Ray Spectroscopy and Related Topics (CGS15)
  • 発表場所: Technische Universität Dresden
  • 年月日: 2014-08-26 – 2014-08-26
• [学会発表] 九大タンデムにおけるビームバンチャーの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤田 訓裕
  • 学会等名: 第27回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会
  • 発表場所: 京都大学宇治キャンパス
  • 年月日: 2014-07-04 – 2014-07-04