理研、中性子過剰核110個の寿命測定に成功
2015年5月13日 18:16
理化学研究所のジュセッペ・ロルッソ客員研究員らの研究チームは、重イオン加速器施設「RIビームファクトリー（RIBF）」を利用し、質量数A=100～140の中性子過剰核110個の寿命測定に成功した。
自然界には、原子番号1の水素（H）から92のウラン（U）までの元素が安定して存在している。このうち、鉄（Fe：原子番号26）より重い元素のうち約半数は、「r過程」と呼ばれる過程を経て合成されたと考えられているが、r過程については未解明の部分が多い。今回の研究では、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、r過程に関わる中性子過剰な原子核を生成し、寿命測定を試みた。
具体的には、中性子数N=82近傍の非常に中性子を多く含んだ原子核（質量数A=100～140）の寿命（半減期）を調べた。まず、ウラン-238ビームを超伝導リングサイクロトロンで光速の70%まで加速させた1次ビームを、標的であるベリリウム-9に照射し、核分裂反応で質量数A=100～140の中性子過剰な原子核を生成した。
そして、これらの粒子の寿命を測定したところ、ロジウム（127Rh、原子番号45）、パラジウム（128Pd、原子番号46 ）、銀（129Ag、原子番号47）、カドミウム（130Cd、原子番号48）、インジウム（131In、原子番号49）の寿命をそれぞれ20+20-7、35±3、52±4、127±2、 261±3msと高い精度で決定することに成功し、標準理論予想よりも30～35%程度速く崩壊することが明らかになった。
このような寿命データをr過程の理論計算に取り込み、太陽系の組成比と比較したところ、超新星爆発における原子核の中性子捕獲と光分解反応の平衡状態環境下における元素合成シナリオと矛盾しない結果が得られた。
今後は、収集したデータの解析をさらに進めることで、核構造や元素合成の解明に関する多くの成果が得られると期待されている。
なお、この内容は「Physical Review Letters」オンライン版に掲載された。論文タイトルは、「β-Decay Half-lives of 110 Neutron-Rich Nuclei across the N = 82 Shell Gap: Implications for the Mechanism and Universality of the Astrophysical r-process」。