r-processと中重核の核構造：中性子過剰なW同位体

中重核の構造と r過程：
中性子過剰なW同位体
専修大学自然科学研究所
理研（中務原子核理論研究室）
大井万紀人
r-processとは？
• r-process：
鉄類（56Fe,56Ni,…)より重い元素の
合成過程の一つ（その他：s-process）
中性子捕獲（n,γ）と

n

p

e
 e ）の競合
β崩壊（
• r-proc: τn-capt < τβ , s-proc: τn-capt > τβ

r- and s-process paths
r-processの物理スケール
• τn-capt ~ 0.1-1 μs
• τβ
~ hours（平均）
• T9
~ 1 （十億度）…E ~ 1 MeV
• nr-proc ~ 1023 cm-3 （超新星爆発） nnucl ~ 1038 cm-3
• τr-proc ~ 0.1-100 s
• τn-capt ~ 千、万年（s-process)
• τSN
~ days
Waiting points
(nγ) ⇄ (γn)
Qn ~ 2 MeV (T9 ~ 1)
Q-values for N=50 isotones
β崩壊寿命（酸素同位体）
r-processの物理スケール
• τn-capt ~ 0.1-1 μs
• τβ
~ hours（平均）
• T9
~ 1 （十億度）…E ~ 1 MeV
• nr-proc ~ 1023 cm-3 （超新星爆発） nnucl ~ 1038 cm-3
• τr-proc ~ 0.1-100 s
•
•
τn-capt ~ 千、万年（s-process)
τSN
~ days
naïve idea: isomers
• 中重核でμsの寿命→ High-K isomers
Kπ= 8- (Hf isotopes: Z=72)
π(7/2)+[404] (x) π(9/2)- [514] ; g7/2 * h11/2
N
100 102 104 106 108 110 112
τK
163 2.4 10 4.0 5.5 62
(ns) (μs) (μs) (s) (hr) (m)
EK
1.15
1.14
1.17
48
(s)
1.27
MeV
その他の中重核のisomers
Kπ= 16+ (178Hf) :
τK=31 yr, E=2.45 MeV
180
73
Ta : 基底:
τβ= 8 hr
isomer: τK=1015 yr
τunv ~ 1010 yr
“Neutron-rich” isomers
殻構造と魔法数
（Nilsson+BCS)
40Ca
24Mg
24Mg
26Mg
28Mg
30Mg
32Mg
Mg同位体の「超」変形(ν2p-2h)
32Mg
34Si
36S
38Ar
40Ca
(0p0h,ν2p2h)
40Ca
(4p4h)
40Ca
(6p6h)
40Ca
(8p8h)
mp-mhの「超」変形状態
β
-0.4
0.0
0.4
To Neutron-rich
SuperDeformation
40Ca
24Mg
まとめ
•中重核の核構造を研究する立場からr過程を
考察
•シェル効果の変化、アイソマー励起など、集団
励起に結合した一粒子自由度に関する核構造
•例）中性子過剰な超変形
•不安定核ビームを用いた破砕反応、陽子蒸発
反応などが有効
課題
• W同位体の研究（200W126)
共同研究者
井手口栄治（東大CNS）
Phil Walker (University of Surrey,UK)
静間俊行（JAEA)
大西直毅（東大名誉教授）
「中性子過剰度」の定義
“中重核は全部中性子過剰だ”
“r-procではβ崩壊が主役”
安定線からの「距離」 →中性子過剰
度
Dn  2(N  N0 )
ただし、A=N+Z=N0+Z0
半減期の分布
Dnの導出
A  N  Z  N 0 Z 0
Dn  (N  N 0 ) 2  (Z  Z 0 ) 2
2
N
Z0 2
2
2 AN
 N 0 ( 1)  N 0 (
 )
N0
N0
N0
Z0 2
2 N
2
2 N 0  Z0  N
 N 0 ( 1)  N 0 (
 )
N0
N0
N0
2 N
 2N 0 ( 1) 2
N0
2
Qβの分布
Snの分布

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