インサイト - Scientific Computing - # 核分裂フラグメント質量分布

$^{12}$C + $^{208}$Pb系におけるE$^{\star}$ $\approx$ 31.8--45.4 MeVでの核分裂様フラグメントの研究

Q: 核分裂様フラグメントの質量分布は、異なる反応系ではどのように変化するのか？

核分裂様フラグメントの質量分布は、反応系、すなわち衝突する原子核の種類やエネルギーによって大きく変化します。 重い原子核の低エネルギー核分裂 (例えば、ウランの核分裂) では、非対称な質量分布 がよく見られます。これは、核分裂片の質量が大きく異なることを意味し、重いピークと軽いピークを持つ双峰性の分布を示します。この非対称性は、核分裂過程における核の殻構造の影響が大きいためと考えられています。 一方、入射エネルギーが増加すると、殻構造の影響が薄れ、質量分布はより対称 になっていきます。非常に高いエネルギーでは、質量分布は単一のピークを持つガウス分布に近づきます。 軽い原子核 や、プレアクチノイド領域 における核分裂では、質量分布は一般的に対称的 になる傾向があります。これは、殻構造の影響が弱くなるためと考えられています。 入射エネルギーだけでなく、衝突する原子核の質量比 や 角運動量 も質量分布に影響を与えます。

Q: 核分裂以外の反応過程が、観測された質量分布に影響を与える可能性はあるのか？

はい、核分裂以外の反応過程も観測された質量分布に影響を与える可能性があります。 不完全核融合反応 では、衝突した原子核の一部だけが融合し、残りの部分は核分裂様フラグメントとして放出されます。この場合、質量分布は完全核融合反応とは異なる形状を示す可能性があります。 多重粒子放出 も質量分布に影響を与える可能性があります。核分裂の前に、励起された複合核から中性子や陽子などの粒子が放出されることがあります。この粒子放出は、核分裂片の質量と運動エネルギーに影響を与え、質量分布を変化させる可能性があります。 核分裂後の粒子放出 も考慮する必要があります。核分裂片は、励起状態で生成されるため、安定状態になるために中性子やガンマ線を放出します。この粒子放出は、核分裂片の質量分布に影響を与える可能性があります。

Q: 本研究で得られた知見は、原子核の構造や核分裂のメカニズムについて、どのような新たな洞察をもたらすのか？

本研究では、$^{12}$C + $^{208}$Pb 反応における核分裂様フラグメントの質量分布を測定し、以下の知見を得ています。 $^{12}$C + $^{208}$Pb 反応で生成された励起状態の $^{220}$Ra 核の質量分布は、測定したエネルギー領域において対称的なガウス分布で再現できることがわかりました。これは、この反応における核分裂様フラグメントの生成が、主に複合核過程を経由していることを示唆しています。 質量分散パラメータは、励起エネルギーの上昇とともに増加することがわかりました。これは、励起エネルギーが高いほど、核分裂片の質量分布が広がることを示しています。 これらの知見は、プレアクチノイド領域における核分裂のメカニズムを理解する上で重要な手がかりとなります。特に、質量分布の励起エネルギー依存性は、核分裂過程における核の変形や内部エネルギーの影響を理解する上で重要です。 また、本研究では、医療用アイソトープである $^{99m}$Tc や $^{111}$In が生成されていることも確認されました。これは、$^{12}$C + $^{208}$Pb 反応が、これらの医療用アイソトープの新たな生成経路となる可能性を示唆しており、今後の応用研究が期待されます。

核心概念

$^{12}$C + $^{208}$Pb反応における励起エネルギーと核分裂様フラグメントの質量分布の関係性を調査し、化合核の励起エネルギーが増加すると質量分布の分散も増加することが明らかになった。

要約

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arxiv.org

本論文は、$^{12}$C + $^{208}$Pb反応における励起エネルギーと核分裂様フラグメントの質量分布の関係性を調査した研究論文である。
研究目的
本研究は、$^{12}$Cビームを$^{208}$Pbターゲットに照射し、生成される核分裂様フラグメントの質量分布を測定することで、$^{12}$C + $^{208}$Pb反応における核分裂ダイナミクスを解明することを目的とした。
実験方法
実験は、インドのニューデリーにある大学間加速器センター(IUAC)で行われた。エネルギー81.9 MeVと75.8 MeVの$^{12}$Cビームを、厚さ約0.169–0.237 mg/cm2の濃縮$^{208}$Pbターゲットに照射した。生成された核分裂様フラグメントは、反跳キャッチャー活性化技術を用いて収集し、オフラインγ線分光法により分析した。
結果
励起エネルギーE* = 45.4 MeVおよび39.6 MeVにおいて、それぞれ27個および20個の核分裂様フラグメントが同定された。質量分布は、両方の励起エネルギーにおいてガウス関数で良く再現され、化合核過程による核分裂を示唆している。質量分散(σ2M)は、励起エネルギーの増加とともに増加することがわかった。
結論
本研究の結果、$^{12}$C + $^{208}$Pb反応における励起エネルギーが増加すると、核分裂様フラグメントの質量分布の分散も増加することが明らかになった。これは、励起エネルギーが高いほど、核分裂片の質量数が広範囲に分布することを示唆している。
意義
本研究は、$^{12}$C + $^{208}$Pb反応における核分裂ダイナミクスに関する重要な知見を提供するものである。得られた質量分散と励起エネルギーの関係は、核分裂過程の理論モデルの開発に役立つ可能性がある。
今後の展望
今後は、より低い励起エネルギー領域や、異なる反応系における質量分布測定を行い、核分裂ダイナミクスの理解を深める必要がある。

統計

E* = 45.4 MeVでの質量分布の中心(Mp)は114.29 ± 0.50、幅(σM)は15.38 ± 0.82。
E* = 39.6 MeVでの質量分布の中心(Mp)は113.51 ± 0.32、幅(σM)は13.21 ± 0.53。
アンチモン同位体の質量分散パラメータ(σ2A)は、E* = 45.4 MeVで2.93、E* = 39.6 MeVで2.65。
インジウム同位体の質量分散パラメータ(σ2A)は、E* = 45.4 MeVで1.24。

抽出されたキーインサイト

Investigating the fission-like fragments in the $^{12}$C + $^{208}$Pb system at E$^{\star}$ $\approx$ 31.8--45.4 MeV

by Rupinderjeet... 場所 arxiv.org 11-21-2024

https://arxiv.org/pdf/2409.14520.pdf

$Investigating the fission-like fragments in the $^{12}$C + $^{208}$Pb system at E$^{\star}$ $\approx$ 31.8--45.4 MeV$

深掘り質問

核分裂様フラグメントの質量分布は、異なる反応系ではどのように変化するのか？

核分裂様フラグメントの質量分布は、反応系、すなわち衝突する原子核の種類やエネルギーによって大きく変化します。

重い原子核の低エネルギー核分裂 (例えば、ウランの核分裂) では、非対称な質量分布 がよく見られます。これは、核分裂片の質量が大きく異なることを意味し、重いピークと軽いピークを持つ双峰性の分布を示します。この非対称性は、核分裂過程における核の殻構造の影響が大きいためと考えられています。

一方、入射エネルギーが増加すると、殻構造の影響が薄れ、質量分布はより対称 になっていきます。非常に高いエネルギーでは、質量分布は単一のピークを持つガウス分布に近づきます。

軽い原子核 や、プレアクチノイド領域 における核分裂では、質量分布は一般的に対称的 になる傾向があります。これは、殻構造の影響が弱くなるためと考えられています。

入射エネルギーだけでなく、衝突する原子核の質量比 や 角運動量 も質量分布に影響を与えます。

核分裂以外の反応過程が、観測された質量分布に影響を与える可能性はあるのか？

はい、核分裂以外の反応過程も観測された質量分布に影響を与える可能性があります。

不完全核融合反応 では、衝突した原子核の一部だけが融合し、残りの部分は核分裂様フラグメントとして放出されます。この場合、質量分布は完全核融合反応とは異なる形状を示す可能性があります。

多重粒子放出 も質量分布に影響を与える可能性があります。核分裂の前に、励起された複合核から中性子や陽子などの粒子が放出されることがあります。この粒子放出は、核分裂片の質量と運動エネルギーに影響を与え、質量分布を変化させる可能性があります。

核分裂後の粒子放出 も考慮する必要があります。核分裂片は、励起状態で生成されるため、安定状態になるために中性子やガンマ線を放出します。この粒子放出は、核分裂片の質量分布に影響を与える可能性があります。

本研究で得られた知見は、原子核の構造や核分裂のメカニズムについて、どのような新たな洞察をもたらすのか？

本研究では、$^{12}$C + $^{208}$Pb 反応における核分裂様フラグメントの質量分布を測定し、以下の知見を得ています。

$^{12}$C + $^{208}$Pb 反応で生成された励起状態の $^{220}$Ra 核の質量分布は、測定したエネルギー領域において対称的なガウス分布で再現できることがわかりました。これは、この反応における核分裂様フラグメントの生成が、主に複合核過程を経由していることを示唆しています。

質量分散パラメータは、励起エネルギーの上昇とともに増加することがわかりました。これは、励起エネルギーが高いほど、核分裂片の質量分布が広がることを示しています。
これらの知見は、プレアクチノイド領域における核分裂のメカニズムを理解する上で重要な手がかりとなります。特に、質量分布の励起エネルギー依存性は、核分裂過程における核の変形や内部エネルギーの影響を理解する上で重要です。
また、本研究では、医療用アイソトープである $^{99m}$Tc や $^{111}$In が生成されていることも確認されました。これは、$^{12}$C + $^{208}$Pb 反応が、これらの医療用アイソトープの新たな生成経路となる可能性を示唆しており、今後の応用研究が期待されます。