From low energy nuclear experiment to explosive astrophysical phenomena: Trojan Horse Method approaching X-ray bursts

从低能核实验到爆炸性天体物理现象：接近X射线爆发的特洛伊木马方法

• 批准号: 22K03661
• 负责人: 早川 勢也
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03661/
• 关键词: 原子核物理学実験; 宇宙核物理学; 不安定核ビーム; X線バースト; rp過程; トロイの木馬法; 冷却気体標的開発; 爆発的水素燃焼過程

本研究は、直接的には測定の難しい原子核反応断面積を間接的に測定することによって、その反応が重要となるX線バーストなどの天体現象中の元素合成過程への影響を解き明かそうとするものである。当初の計画としては、研究の前段階で直接測定が適用可能な高エネルギー領域(重心系エネルギーで>3 MeV)で断面積を確定してから、トロイの木馬法による間接測定により、低エネルギー領域へデータを延伸する計画であった。しかし、前研究の直接測定では、理論的な統計モデルから予想される断面積よりも2桁程度以上も小さいことが分かり、断面積の絶対値の規格化が必要なトロイの木馬法にそのデータを適用するほどのデータの質を得られなかった。そのため、今後の研究方針については、より有用なデータを得るために、いくらかの変更が必要であると考えている。当該年度の成果としては、今後どのような戦略を取るにしても共通で必要となる実験装置の整備を進めた。具体的には、原子核反応で出てくる荷電粒子を捉えるための複数のシリコン検出器を低ノイズかつコンパクトに使用するためのケーブルや真空フィードスルーなどの環境を整えた。また、今後どのような実験をプロポーズしていくかを決定するために、実験のシミュレーションや、研究グループ内での議論を進めている。また、不安定核である二次ビームの強度は、生成気体標的の熱耐性に依存する。この標的の試作品の試用で改善点(耐圧力性能、標的膜冷却性能)が浮き彫りになり、今後の改良を検討している。

这项研究旨在通过间接测量难以直接测量的核反应截面来阐明X射线爆发等重要天文现象期间核反应对核合成过程的影响。原计划是在研究前期确定可直接测量的高能区（重心系统能量>3 MeV）的截面积，然后确定高能区的截面积。该计划是通过使用特洛伊木马方法间接测量低能量区域。然而，以往研究中的直接测量发现，横截面积比理论统计模型预测的横截面积小两个数量级以上，并且该数据用于特洛伊木马方法，需要对横截面积的绝对值的数据质量不够高，无法应用。因此，我们认为未来的研究政策有必要进行一些改变，以获得更多有用的数据。本财年的结果是，我们在实验设备的准备方面取得了进展，无论我们未来采取什么策略，这些设备都是普遍需要的。具体来说，我们创建了一个包含电缆和真空馈通的环境，以实现低噪音、紧凑地使用多个硅探测器来捕获核反应产生的带电粒子。此外，为了决定未来提出什么样的实验，我们正在研究组内进行实验模拟和讨论。此外，作为不稳定核心的二次束的强度取决于产物气体靶的热阻。该目标原型的试用显示了需要改进的地方（耐压性能、目标膜冷却性能），并且正在考虑未来的改进。