中性子過剰Zr同位体の形状とβ崩壊半減期の関係

2014 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 26800117
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 炭竃 聡之 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (20392003)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: β崩壊 / 重元素合成

研究実績の概要

金などの重い元素の約半分は速い中性子捕獲を伴う元素合成過程によって作られたとされているが、未だ太陽系の元素存在比を再現するに至っていない。元素合成過程では中性子を連続して捕獲するため非常に中性子過剰な原子核が生成され、β崩壊により中性子が陽子に変わることで元素番号が増えて行く。従って、元素合成過程の解明には、非常に中性子過剰な原子核のβ崩壊半減期を知る事が重要である。以前の測定結果では中性子過剰なZr同位体のβ崩壊半減期は理論予測より短かったが、その原因は分かっていない。本研究では、原子核の形状とβ崩壊半減期の関係を明らかにする事が目的である。
以前の測定よりさらに中性子過剰な原子核のβ崩壊実験を平成２５年度に行い、β崩壊半減期測定とβ遅延γ線測定をした。平成２６年度はβ線半減期測定でのバックグラウンドを減らすため、使用したシリコン検出器の解析を行った。高速RI(中性子過剰核)ビームを、５層スタックしたシリコンストリップ検出器内に止め、その後β崩壊により放出されるβ線を同じ５層のシリコンストリップ検出器で測定している。まず、中性子過剰核の停止位置決定の解析を行った。中性子過剰核が停止する際に生じるエネルギー損失(1mm厚のシリコン検出器で最大数GeV)に伴う信号は非常に大きいため、同一シリコン中でのストリップ間クロストークだけでなく、停止層と隣接する層との間でクロストークを起こす事、そしてこれらのクロストークの情報を使うと停止位置が高い確度で決められる事を明らかにした。さらに、β線の放出位置を決める解析を行った。使用したストリップシリコン検出器は両面の電極が1mm幅のストリップになっていてβ線が当った２次元位置がわかるので５層シリコン検出器を用いるとβ線の飛跡を決められる。平成２６年度後半は飛跡のパターン解析を行った。

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

β崩壊半減期測定のバックグラウンド低減に最も寄与するシリコン検出器の新解析法開発のうち、シリコン検出器での中性子過剰核の停止位置決定に関しては完了した。β線の放出位置については、飛跡のパターンの解析をほぼ終え、それに対応した放出位置決定アルゴリズム開発を残すのみである。

今後の研究の推進方策

平成２７年度はβ線の放出位置決定アルゴリズム開発を完了させる。中性子過剰な原子核のβ崩壊半減期の決定、およびβ遅延γ線解析により中性子過剰核の構造(特に形状)を調べる。

次年度使用額が生じた理由

解析用計算機を導入する予定だったが、科研費申請額と科研費配分額に差があったため、計算機構成の変更を検討する必要があったため。

次年度使用額の使用計画

現在所有するPCで解析を行いボトルネックを探った所、当初購入予定のRAIDシステムを省きデータストレージ用HDDと平成２６年度に発売された大容量高速SSDを組み合わせる事で想定した性能を達成できる事がわかった。平成２７年度早々に解析用計算機ワークステーションを購入する予定である。

研究成果

• [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, A. Yagi, K. Yoshinaga, H. Baba, S. Franchoo, T. Isobe, P. R. John, I. Kojouharov, S. Kubono, N. Kurz, I. Matea, K. Matsui, D. Mengoni, et al.
  • 雑誌名: Physics Review Letters 巻: 113 ページ: 032505
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.032505
  • 査読あり
• [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, G. Lorusso, S. Nishimura, T. Otsuka, K. Ogawa, Z. Y. Xu, T. Sumikama, P.-A. Soderstrom, P. Doornenbal, Z. Li, F. Browne, G. Gey, H. S. Jung, J. Taprogge, Zs. Vajta, J. Wu, A. Yagi, H. Baba, G. Benzoni, K. Y. Chae, F. C. L. Crespi, N. Fukuda, R. Gernhauser, et al.
  • 雑誌名: Physics Review Letters 巻: 113 ページ: 042502
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.042502
  • 査読あり
• [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, Z. Y. Xu, P. Doornenbal, G. Lorusso, E. Nacher, G.S. Simpson, P.-A. Soderstrom, T. Sumikama, H. Baba, F. Browne, N. Fukuda, R. Gernhauser, G. Gey, N. Inabe, T. Isobe, H. S. Jung, D. Kameda, G. D. Kim, Y.-K. Kim, I. Kojouharov, T. Kubo, N. Kurz, Y.K. Kwon, Z. Li, 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
• [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. Baba, F. Browne, N. Fukuda, R. Gernhauser, G. Gey, N. Inabe, T. Isobe, H. S. Jung, D. Kameda, G. D. Kim, Y.-K. Kim, I. Kojouharov, T. Kubo, N. Kurz, Y. K. Kwon, Z. Li, et al.
  • 雑誌名: Physics Review Letters 巻: 112 ページ: 132501
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.132501
  • 査読あり
• [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. Baba, F. Browne, N. Fukuda, N. Inabe, T. Isobe, H. S. Jung, D. Kameda, G. D. Kim, Y.-K. Kim, I. Kojouharov, T. Kubo, N. Kurz, Y. K. Kwon, Z. Li, H. Sakurai, et al.
  • 雑誌名: Physics Review Letters 巻: 113 ページ: 132502
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.132502
  • 査読あり
• [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, E. Ideguchi, G. S. Simpson, H. L. Liu, S. Nishimura, Q. Wu, F. R. Xu, F. Browne, P. Doornenbal, G. Lorusso, S. Rice, L. Sinclair, T. Sumikama, J. Wu, Z. Y. Xu, N. Aoi, H. Baba, F. L. Bello Garrote, G. Benzoni, et al.
  • 雑誌名: Physics Review Letters 巻: 113 ページ: 262502
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.262502
  • 査読あり
• [学会発表] β-decay half-lives of neutron-rich nuclei at A~110 on r-process path (2014)
  • 著者名/発表者名: 西塚 一平
  • 学会等名: Fourth Joint Meeting of the Nuclear Physics Divisions of the American Physical Society and The Physical Society of Japan
  • 発表場所: Hilton Waikoloa Village on Hawaii's Big Island
  • 年月日: 2014-10-07 – 2014-10-11
• [学会発表] Beta Decay Half-lives in the A~110 Rregion on R-process Path (2014)
  • 著者名/発表者名: 西塚 一平
  • 学会等名: Advances in Radioactive Isotope Science (ARIS2014)
  • 発表場所: 東京大学（東京）
  • 年月日: 2014-06-01 – 2014-06-06
• [学会発表] Deformation Evolution of Neutron-rich Zr and Mo Isotopes around N=68 (2014)
  • 著者名/発表者名: 炭竃 聡之
  • 学会等名: Advances in Radioactive Isotope Science (ARIS2014)
  • 発表場所: 東京大学（東京）
  • 年月日: 2014-06-01 – 2014-06-01