◊ 短寿命(1ms～数秒)の原子核ビームの生成 宇宙核物理・原子核構造の研究 (1) 宇宙で起きている原子核反応の実験的研究→元素の起源 (2) 新同位体探索実験元素合成経路で未発見の元素の探索 (3) 原子核構造の研究(魔法数の消失、2陽子同時崩壊)

短寿命核ビーム物理グループの紹介

共同研究：理化学研究所、東京大学原子核科学研究センター、日本原子力研究開発機構

CRIB@東京大学 RIPS@理化学研究所

陽子

中性子

元素合成 138億年前ビッグバン

ビッグバン 元素合成 星間物質

H He

赤：短寿命核が重要 実験が困難 →ほとんど調べられていない

星の形成

赤色巨星 鉄まで

主系列星 （太陽など)

Bi まで(s過程) 重元素の約半分を合成

Ib,c, II 型超新星 (r過程、νp過程) 重元素の約半分 を合成

宇宙線による元素合成(主に分解)

連星系の場合 降着円板での 元素合成 (rp過程)

太陽の1.38倍 Ia 型超新星

41H→4He+2e++2ν

Si,Fe

重力崩壊

中性子星 ブラックホール

白色矮星等

鉄等

1,2H,3,4He 6Li, 7Li

燃え尽きる

燃え尽きる

観測された元素量⇔元素合成計算 半減期、反応率(反応の起りやすさ) s過程：安定核+中性子→～Pb,Bi 実験データが豊富：ほぼ解明 r過程: 中性子過剰核＋中性子→金、ウラン 半減期、反応率のデータが不足 rp,νp過程:陽子過剰核＋陽子→92,94Mo等 反応率のデータが不足 元素比、同位体比は再現できていない。

元素合成

質量数

相対組成

鉄、ニッケル、銅

金

He 炭素

シリコン 酸素

鉛

N=50 N=82 N=126

中性子数

陽子数

(原子番号

) 超新星(r過程)

赤色巨星(s過程) 新星・超新星 (rp,νp過程)

■ 安定核 □ 存在が確認された短寿命核

太陽系の元素比 予想される元素合成経路

◊ 7Liが異常に少ない(7Li問題) 宇宙の7Liのほとんどはビッグバン直後の元素合成で作られた。 7Liの観測値は、理論計算値の1/3 ◊ 26Al (T1/2=74万年)の起源 銀河面から1.809MeVのγ線：26Alのβ崩壊で作られたγ線。どのようにして多量 の26Alが作られたのか? ◊ 92,94Mo, 96,98Ruはr過程、s過程では作れない。しかし多く存在している。 92Moは全Moの15%を占める。なぜか? ◊ r過程：計算値と観測値との不一致 反応率の測定が必要 ◊ 超金属欠乏星(第2世代星と考えられて いる星)では鉄より重いSrが鉄より多い。 ……………… 解明するための装置開発や実験を行っている。

未解決な現象

反応の起りやすさ(反応率)の測定 ◊ (p,γ), (n,γ)反応：クーロン分解法 仮想光子吸収による逆反応測定 A+Pb → B+p+Pb ↓ 仮想光子数(QED) A+γ→B+p ↓ 詳細平衡 B+p→A+γ 7Be(p,γ)8B 太陽での8B生成 35K(p,γ)36Ca 新星、超新星 rp過程 …………..

◊ 重い原子核→ANC法(汎用的) エネルギー分解能が問題 高分解能測定のための実験装置の開発

Hendlnの 理論計算

実験結果

超新星 新星

35K(p,γ)36Ca

7Be(p,γ)8B 直接法 ANC法

我々の 結果

原子

番号

(陽子

数) Z

中性子数 N

新同位体探索実験 原子核：約1万種(理論) 約3200種 (測定) 理論予想の1/3 どこまで原子核は安定に存在できるか？ r過程の経路上の原子核の性質は?

Nuclear Chart

■ 安定同位元素+長寿命の放射性同位元素(～300) □ 放射性同位元素 ■ 最近発見された放射性同位元素(2008-)

超新星等での元素合成 (r 過程)の予想経路 鉄のピークより重元素の約半分 金、ウラン等を作った反応

魔法数

最近の研究成果

原子

番号

質量数/電荷

大古田君 修士論文 (2014年3月卒)

最近の研究成果 124Xeの入射核破砕反応 81,82Mo, 85,86Ru 81Nb, 85Tc:未確認 半減期=寿命× log𝑒𝑒 2 T1/2(81Nb) <38ns T1/2(85Tc) <45ns

◊ 陽子数が偶数、中性子数が偶数：偶々核 基底状態0+, 第1励起状態 少数の例外を除くと2+ 2+励起エネルギーE(2+)、換算遷移確率B(E2) 、Mn/Mp

原子核構造の研究

高

E(2+)

高

高

低

B(E2)

小

極めて小

大

更に大

Mn/Mp

中性子数/陽子数

中性子数/陽子数

~ep/en

~en/ep

球形核 四重極 振動

変形核 回転

有効電荷の比

有効電荷の比

◊ 陽子数が偶数、中性子数が偶数：偶々核 基底状態0+, 第1励起状態 少数の例外を除くと2+ 2+励起エネルギー、換算遷移確率：原子核の形、核構造を反映

原子核の構造

38Ca 2.21

96±21 36Ar 1.97

300±30 34S 2.13

212±12 32Si 1.94

113±33 30Mg 1.48

295±26 28Ne 1.32

132±23

36Ca 3.02

71±15 34Ar 2.09

240±40 32S 2.23

300±13 30Si 2.24

215±10 28Mg 1.47

350±50 26Ne 2.02

228±41

32Ar 1.82

266±68 30S 2.21

324±41 28Si 1.78

326±12 26Mg 1.81

305±13 24Ne 1.98

170±60

22Mg 1.25

370±130 20Ne 1.63

340±30 18O

1.982 45±2

28S 1.51

181±31 26Si 1.80

356±34 24Mg 1.37

432±11 22Ne 1.28

230±10 20O 1.67

28±2

22Si

20Mg 1.61

177±32 18Ne 1.89

(176±30) 16O 6.92

41±4

40Ca 3.90

99±17 38Ar 2.17

130±10 36S 3.29

89±7 34Si 3.33

85±33 32Mg 0.885

454±78 30Ne 0.79

Isotope Ex(2+)

B(E2;↑)

14C 7.01

18±3

20C 1.59

22C

32Ne 0.72

34Mg 0.656

631±126

36Si 1.40

190±60

38S 1.29

235±30

40Ar 1.46

330±40

42Ca 1.52

420±30 Z=20

N=20

N=8

16C 1.77

2.7±0.7

24Si 1.88

96±30

魔法数20 の消失

N. Iwasa et al., PRC78,024306 (2008)

Y. Togano, Y.Yamada, N.Iwasa et al., PRL108, 222501(2012)

24O 4.72

22O 3.17

21±8 18C 1.62

4.3±1.0

久米直人君修士論文 N. Iwasa et al.,AIP Conf. Proc.1533, 159(2013)

稲福清彦君 修士論文

◊ 研究 – 星の中での元素合成(天体核反応)の研究

• 7Li問題： 7Liの予想値を減らす7Be+n→p+7Li反応 • 重水素・3Heアクティブ標的の開発 (計画中) 反応点が測定可能なガス標的 →短寿命核の核子移行反応の高分解能測定 →r過程・rp(νp)過程の反応率の導出 短寿命核の核スピン、分光学的研究

– 新同位体探索実験 (理化学研究所RIBF) – 原子核の構造

• 34Caの研究：N=20魔法数の消失メカニズム 鏡像対称性? 新しい崩壊モード：2陽子同時崩壊

進行中・計画中の研究

◊ セミナー 原子核物理学の基礎 (原子核物理研究室共通) 元素合成、短寿命核ビーム(週１回) 検出器 (ストレンジネス核物理グループと共通) ◊ 卒業研究 元素合成：天体核反応 検出器開発・調整、実験 新同位体探索 データ解析、シミュレーション 短寿命原子核の構造 問い合せ先 岩佐 直仁 合同A棟611室 022-795-6449 Email: niwasa@phys.tohoku.ac.jp

教育

2015年 赤：大学院生 1. Different mechanism of two-proton emission from proton-rich nuclei 23Al and 22Mg

Y.G. Ma, …, N. Iwasa, …, Phys. Lett. B743, 306-309 (2015). 2. γ-ray spectroscopy of 19C via the single-neutron knock-out reaction

Zs. Vajta, …, N. Iwasa, …, Phys. Rev. C91, 064315 (2015). 3. First application of the Trojan horse method with a radioactive ion beam: Study of

the 18F(p,α)15O reaction at astrophysical energies S. Cherubini, …, N. Iwasa, …, Phys. Rev. C92, 015805-1-7 (2015).

2014年 1. Investigation of the thermonuclear 18Ne(α, p)21Na reaction rate via resonant elastic

scattering of 21Na + p L.Y. Zhang,…, N. Iwasa, T. Yamada, …, Phys. Rev. C 89, 015804 (2014)

2. Quadrupole collectivity in island-of-inversion nuclei 28,30Ne and 34,36Mg S. Michimasa, Y. Yanagisawa, K. Inafuku,…, N. Iwasa, …,Phys. Rev. C 89, 054307 (2014)

3. Elastic scattering of 25Al+p to explore the resonance structure in 26Si H. S. Jung, …, N. Iwasa, T. Yamada, …, Phys. Rev. C90, 035805-1-8 (2014).

2013年 1. Determination of the astrophysical 12N(p,γ)13O reaction rate from the 2H(12N,13O)n reaction

and its astrophysical implications B. Guo, …, N. Iwasa, N. Kume, …, Phys. Rev. C 87, 015803 (2013)

研究業績 (2011-2015)

2. α-resonance structure in 11C studied via resonant scattering of 7Be + α and with the 7Be(α, p) reaction H. Yamaguchi, …, N. Iwasa, …, Phys. Rev. C 87, 034303 (2013).

3. The 18Ne(α,p)21Na breakout reaction in x-ray bursts: Experimental determination of spin-parities for α resonances in 22Mg via resonant elastic scattering of 21Na+p J.J. He, …, N. Iwasa, T. Yamada, …, Phys. Rev. C88,012801(R) (2013).

4. Low-energy radioactive ion beam production of 22Mg N.N. Duy, …, N. Iwasa, …, Nucl. Instr. Meth. A723, 99-101, 2013.

5. Resonant scattering of 22Na+p studied by the thick-target inverse-kinematic method S.J. Jin,… N. Iwasa, …, Phys. Rev. C88, 035801, 2013.

6. Dispersion-matched spectrometer in the low-energy branch of the Super-FRS for high-resolution measurements with large-emittance relativistic fragment beams H. Geissel, …, N. Iwasa, …, Nucl. Instr. Meth., B317, 277-283, 2013.

7. Recent developments and research projects at the low-energy RI beam facility CRIB H. Yamaguchi, …, N. Iwasa, …, Nucl. Instr. Meth., B317, 664-667, 2013.

8. Production cross section measurements of radioactive isotopes by BigRIPS separator at RIKEN RI Beam Factory H. Suzuki, …, N. Iwasa, A. Chiba, Y. Ohkoda, …, Nucl. Instr. Meth., B317, 756-768, 2013.

9. Reduced transition probabilities of the 0gs+→21

+ transition in 20Mg, 28S, and 36Ca N. Iwasa for the R351n and R407n Collaborations, API Conf. Proc. 1533, pp.159-162 (2013).

最近の研究成果

10. STUDY OF NUCLEAR ASTROPHYSICS AT CNS AND RIKEN N. Iwasa for the R407n, R336n and CRIB Collaborations, ''Exotic Nuclei: Exon-2012, Proceedings of the International Symposium'', World Scientific Pub. Co. Inc., pp.51-58 (2013).

2012年 1. Strong 25Al + p resonances via elastic proton scattering with a radioactive 25Al beam

J. Chen, …, N. Iwasa, …, Phys. Rev. C85, 015805-1-7 (2012). 2. Experimental study of resonant states in 27P via elastic scattering of 26Si + p

H. S. Jung, …, N. Iwasa, T. Yamada, …, Phys. Rev. C85, 045802-1-9 (2012). 3. Hindered proton collectivity in 28S: Possible magic number at Z=16

Y. Togano, Y. Yamada, N. Iwasa, …, N. Kume, …, Phys. Rev. Lett. 108, 222501 (2012). 2011年 1. New Features of the Monte-Carlo Code MOCADI

N. Iwasa, H. Weick, H. Geissel 、. Instr. and Meth. B269, 752-758 (2011). 2. Nuclear reactions of 19,20C on a liquid hydrogen target measured with the superconducting

TOF spectrometer T. Yamaguchi, …, K. Inafuku, N. Iwasa, …, Nucl. Phys. A864, 1-37 (2011).

3. Resonance states in 27P using Coulomb dissociation and their effect on the stellar reaction26Si(p, γ)27P Y. Togano, …, N. Iwasa, …, Phys. Rev. C84,035808-1-7 (2011).

1. ``One- and two-neutron removal reactions from 19,20C with a proton target'' A. Ozawa, …, K. Inafuku, N. Iwasa, …, Phys. Rev. C84, 064315-1-7 (2011).

2. Cross-Section Measurements for Neutron-Induced Fission of Minor Actinides with Lead Slowing-Down Spectrometer at KURRI K. Hirose, …, N. Iwasa, …, J. Korean Phys. Soc. 59, 1733s (2011).

6. Quasi-elastic scattering of the proton drip line nucleus 17F on 12C at 60 MeV G.L. Zhang, …, N. Iwasa, …, Eur. Phys. J. A 48, 65 (2012).

7. Fission cross-section measurements of 237Np, 242mAm, and 245Cm with lead slowing-down neutron spectrometer K. Hirose, …, N. Iwasa, …, J. Nucl. Sci. Technol. 49, 1057-1066 (2012).

8. Alpha-Cluster Dominance in the αp Process in Explosive Hydrogen Burning S. Kubono, …, N. Iwasa, …, Prog. Theor. Phys. (Kyoto), Suppl. 196, 346 (2012).

最近の研究業績