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理研と北京大、中性子過剰核94種の寿命測定に成功

2017/2/17 17:55
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発表日:2017年2月17日

中性子過剰核94種の寿命測定に成功

-重元素合成r過程・希土類元素の起源解明に大きく前進-

 

■要旨

 理化学研究所(理研)仁科加速器研究センター櫻井RI物理研究室のウー・ジン国際プログラム・アソシエイト、西村俊二先任研究員、櫻井博儀主任研究員らの研究チームを中心とするEURICA(ユーリカ)国際共同研究グループ[1]は、理研の重イオン加速器施設「RIビームファクトリー(RIBF)[2]」を利用し、質量数A=144~174の中性子過剰核[3]94種の寿命測定に成功しました。

 ランタノイド[4]を含む希土類元素(レアアース)[4]は、携帯電話の電子部品、自動車のモーター、レーザーの光学素子など、さまざまな用途に使われている貴重な元素です。希土類元素の生成の起源として、重い星がその一生を終えるときに起こす超新星爆発[5]が考えられています。超新星爆発が起こると大量の中性子が作られ、星の中にある鉄よりも軽い元素の原子核が中性子を次々と吸収しながらベータ崩壊を起こし、安定な重い原子核になります。この一連の爆発的重元素合成過程は「r過程[6]」と呼ばれています。一方、最近、r過程の候補として中性子星合体[7]も注目されています。中性子星合体では、中性子過剰な超重元素が大量に作られた後、核分裂反応により希土類元素が生成された可能性があります。

 r過程の時間スケールや重元素の生成量を理解するためには、原子核の寿命を知る必要がありますが、これまでは理論計算に頼っており不確定性が大きいため、実験的な検証が求められていました。西村先任研究員らは2015年に、質量数A=100~140の中性子過剰核110種の寿命測定に成功しています(注1)。

 今回、研究チームはRIBFを利用して、希土類元素の生成に関わる中性子過剰核を生成し、その寿命測定を試みました。まず、大強度のウランビームをベリリウム標的に照射し、セシウム(Cs:原子番号55)からホルミウム(Ho:原子番号67)までの13元素の中性子過剰核を同定しました。それらを高性能寿命測定装置「WAS3ABi(ワサビ)[8]」に打ち込むことにより、中性子過剰核94種の寿命を測定することに成功しました。このうち57種は初めて測定されたものです。また、得られた寿命の系統性を調べたところ、中性子数N=97とN=105において、崩壊スピードが急激に速くなる現象を見いだしました。さらに、得られたデータをr過程の理論計算に取り込み、太陽系の重元素合成の検証を行った結果、希土類元素の組成を決定する上で新たな57種のデータが非常に重要な役割を果たすことが分かりました。

 本成果は、希土類元素合成の不確定性を大幅に改善することとなり、今後の重元素合成の起源解明に大きく前進しました。

 本研究は、米国の科学雑誌『Physical Review Letters』オンライン版(2月16日付け)に掲載されます。

 注1)2015年5月12日プレスリリース 重元素合成の鍵を握る中性子過剰核110個の寿命測定に成功

 http://www.riken.jp/pr/press/2015/20150512_1/

 ※リリース詳細は添付の関連資料を参照

 

 

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

リリース詳細

http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0436921_02.pdf

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