Determination of neutron capture reaction rate with new method for nucleosynthesis at neutron star merger

中子星并合核合成新方法测定中子俘获反应速率

• 批准号: 21H01114
• 负责人: 栂野 泰宏
• 金额: $ 11.65万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research (2022-2023)Rikkyo University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01114/
• 关键词: 元素合成; 中性子捕獲反応; 中性子過剰核; 不安定核; 実験物理学; 実験各物理; 実験核物理

中性子星合体で起こる元素合成の解明には、非常に中性子過剰な不安定原子核(中性子過剰核)の中性子捕獲反応率の実験的決定が欠かせない。しかしこの反応率を直接測定することは困難を極めるため、これまでほとんど決定されて来なかった。そのためこの反応率の不定性が重元素起源解明のボトルネックの1つとなっている。本研究では中性子過剰核の中性子捕獲反応率を、陽子準弾性散乱反応という別の反応を用いて間接的に決定する新間接的手法を確立し、本来測定が困難な中性子捕獲反応率を高効率で決定することを目指している。最終的にはその新手法を用いて重元素合成に最も重要な中性子捕獲反応率の世界初測定に挑む。新手法を用いた中性子捕獲反応率決定には、本研究で構築した120個のCsIシンチレータ検出器で構成される新検出器システムで、陽子の運動エネルギーを2%以下の精度で測定する必要がある。今年度はまず新検出器システムがこの要件を満たしているかを確かめる性能評価実験を行った。230MeVの陽子ビームとポリエチレン標的に照射し、その反応で発生した散乱陽子の運動エネルギーを新検出器システムで測定した。この実験データの解析は現在も継続中であるが、データの解析から2%以下の精度で運動エネルギーが測定出来ていることを確認した。さらにノルウェーのオスロ大学と協力して、本研究で用いる新手法の検証実験を理化学研究所仁科加速器研究センターに提案した。その結果実験課題として採択されビームタイムを獲得した。

为了阐明中子星合并过程中发生的核合成，有必要通过实验确定具有极高中子过剩量（富中子核）的不稳定原子核的中子俘获反应速率。然而，直接测量该反应速率是极其困难的，迄今为止确定的信息也很少。因此，该反应速率的不确定性是阐明重元素起源的瓶颈之一。在这项研究中，我们建立了一种新的间接方法，利用另一种称为质子准弹性散射反应的反应来间接确定富中子核的中子俘获反应速率。最终，利用这种新方法，我们将尝试世界上首次测量中子俘获反应速率，这对于重元素合成来说是最重要的。为了使用新方法确定中子俘获反应速率，需要使用本研究中构建的由 120 个 CsI 闪烁体探测器组成的新探测器系统来测量精度为 2% 或更低的质子动能。今年，我们首先进行了性能评估实验，以确认新的探测器系统是否满足这些要求。用 230 MeV 质子束照射聚乙烯靶，并使用新的探测器系统测量反应产生的散射质子的动能。该实验数据的分析仍在进行中，但已证实动能的测量精度可以低于 2%。此外，我们与挪威奥斯陆大学合作，向理化学研究所仁科加速器研究中心提出了本研究中使用的新方法的验证实验。结果，它被选为实验项目，我得到了光束时间。

项目成果

Isoscaling in central Sn+Sn collisions at 270 MeV/u

• DOI: 10.1140/epja/s10050-022-00851-2
• 发表时间: 2022-10
• 期刊: The European Physical Journal A
• 作者: J. Lee;M. Tsang;C. Tsang;R. Wang;J. Barney;J. Estee;T. Isobe;M. Kaneko;M. Kurata-Nishimura;W. G. Lynch;T. Murakami;A. Ono;S. Souza;D. Ahn;L. Atar;T. Aumann;H. Baba;K. Boretzky;J. Brzychczyk;G. Cerizza;N. Chiga;N. Fukuda;I. Gašparić;B. Hong;A. Horvat;K. Ieki;N. Ikeno;N. Inabe;G. Jhang;Y. Kim;T. Kobayashi;Y. Kondo;P. Lasko;H. Lee;Y. Leifels;J. Lukasik;J. Manfredi;A. McIntosh;P. Morfouace;T. Nakamura;N. Nakatsuka;S. Nishimura;H. Otsu;P. Pawlowski;K. Pelczar;D. Rossi;H. Sakurai;C. Santamaria;H. Sato;H. Scheit;R. Shane;Y. Shimizu;H. Simon;A. Snoch;A. Sochocka;T. Sumikama;H. Suzuki;D. Suzuki;H. Takeda;S. Tangwancharoen;Y. Togano;Z. Xiao;S. Yennello;Y. Collaboration;D. Physics;Korea University;Seoul.;R. Korea.;Facility for Rare Isotope Beams;M. University;E. Lansing.;Michigan.;Usa;Astronomy;Riken Nishina Center;Wako;Saitama;Japan.;Kyoto University;T. University;Sendai;I. D. F'isica;U. F. R. D. Janeiro;Centro Interuniversitario de Historia das Ciencias e da Tecnologia-Centro-Interuniversitario-de-Historia-das-Ciencias-72426587;A. Bloco;R. Janeiro;Brazil;Departamento de Engenharia Nuclear;Universidade Federal de Minas Gerais Ufmg;Av. Antônio Carlos;M. Gerais;I. F. Kernphysik;Technische Universitat Darmstadt;Darmstadt;Germany;G. H. F. Schwerionenforschung;F. O. Physics;A. Science;J. University;Krak'ow;Poland;D. Physics;Rudjer Boskovic Institute;Zagreb;Croatia.;R. University;Tokyo;Department of Life;E. Sciences;Tottori University;Rare Isotope Science Project;Institute for Computational Science;Daejeon;Tokyo Institute of Technology;Institute of Nuclear Physics Pan;C. Institute;Texas A M University;College Station;Texas;Nikhef National Institute for Subatomic Physics;Amsterdam;Netherlands.;Tsinghua University;Beijing;P. China;D. Chemistry

Investigation of the ground-state spin inversion in the neutron-rich 47,49Cl isotopes

富中子 47,49Cl 同位素基态自旋反转的研究

• DOI: 10.1103/physrevc.104.044331
• 发表时间: 2021
• 期刊: Physical Review C
• 影响因子: 3.1
• 作者: Linh B. D.、Corsi A.、Gillibert A.、Obertelli A.、Doornenbal P.、Barbieri C.、Chen S.、Chung L. X.、Duguet T.、Gomez-Ramos M.、Holt J. D.、Moro A.、Navratil P.、Ogata K.、Phuc N. T. T.、Shimizu N.、Soma V.、Utsuno Y.、Achouri N. L.、Baba H.、Kondo Y.;他
• 通讯作者: 他

Determination of neutron capture cross sections on neutron-rich Cd isotopes

富中子镉同位素中子俘获截面的测定

• 发表时间: 2021
• 作者: Browne F.、Chen S.、Doornenbal P.、Obertelli A.、Ogata K.、Utsuno Y.、Yoshida K.、Achouri N.L.、Baba H.、Calvet D.、Chateau F.、Chiga N.、Corsi A.、Cortes M.L.、Delbart A.、Gheller J-M.、Kondo Y.;他;Takashi Nakamura;中村隆司;栂野泰宏;Yasuhiro Togano;Takashi Nakamura;Takashi Nakamura;Yasuhiro Togano
• 通讯作者: Yasuhiro Togano

Spectroscopy of weakly bound and unbound nuclei

弱结合和未结合核的光谱

• 发表时间: 2023
• 作者: 石川 遼子;岡本 丈典;Song Donguk;David McKenzie;Javier Trujillo Bueno;Frederic Auchere;鹿野 良平;浦口 史寛;都築 俊宏;Ken Kobayashi;Laurel Rachmeler;Gen Vigil;Christian Bethge;坂尾 太郎;CLASP2.1 Team;Takashi Nakamura
• 通讯作者: Takashi Nakamura

Exploring Extremes of the Nuclear Landsacpe

探索核景观的极端情况

• 发表时间: 2021
• 作者: Vastel C.;Alves F.;Ceccarelli C.;Bouvier M.;Jimenez-Serra I.;Sakai T.;Caselli P.;Evans L.;Fontani F.;Le Gal R.;Chandler C. J.;Svoboda B.;Maud L.;Codella C.;Sakai N.;Lopez-Sepulcre A.;Moellenbrock G.;Hanawa T.;Yamamoto S. et al.;Takashi Nakamura
• 通讯作者: Takashi Nakamura