2014/8/29

中性子過剰なニッケルの78Niに2重魔法数が健在

78Niの半減期を従来よりも高精度で測定に成功~

発表者

  • 独立行政法人理化学研究所
  • 国立大学法人東京大学

概要

理化学研究所(理研、野依良治理事長)と東京大学(濱田純一総長)は、重イオン加速器施設「RIビームファクトリー(RIBF)[1]」を用い、陽子と中性子の数が両方とも魔法数(2重魔法数)となる特殊な中性子過剰核「ニッケル-78[2]78Ni:陽子数Z=28、中性子数N=50)」の魔法数が健在することを示す実験結果を得ました。これは、理研仁科加速器研究センター(延與秀人センター長)櫻井RI物理研究室の徐正宇(シュー ジャンユー)客員研究員(元東京大学大学院理学系研究科博士課程大学院生)、西村俊二先任研究員、櫻井博儀主任研究員(東京大学大学院理学系研究科教授)を始めとする国際共同研究EURICA(ユーリカ)[3]による成果です。

原子核がとくに安定になる陽子または中性子の数は「魔法数」と呼ばれ、これまでに2、8、20、28、50、82、126が知られています。魔法数は不変のものと考えられていましたが、近年の研究から、陽子に比べて中性子が非常に多い中性子過剰原子核では、既存の魔法数が魔法数として成り立たなくなることや、新しい魔法数の出現が確認され、従来の理論を覆す可能性が出てきています。なかでも、陽子の数(Z)と中性子の数(N)が共に魔法数(2重魔法数)となる特殊な中性子過剰核78Niについては、魔法数が予想通り顕れるか、消失するか大きな興味をもたれていました。しかし、非常に生成率が低い放射性同位元素(RI)[4]あるために、その性質を実験で確認することが行われませんでした。

共同研究グループは、RIBF で核子当たり345 MeV(メガ電子ボルト)まで加速した大強度ウラン(238U:Z=92、N=146)ビームを、標的となるベリリウム(9Be:Z=4、N=5)に照射し、78Niを含むさまざまな中性子過剰な不安定核を人工的に作りました。そして、生成した不安定核を理研が独自に開発した寿命測定装置「WAS3ABi(ワサビ)[5]」に打ち込み、崩壊するまでの時間(半減期)を精度よく測定しました。その結果、78Niよりも中性子過剰な79,80Ni(78Niに比べ中性子が1、2個多い核)、コバルト-77(77Co; 78Niに比べ陽子が1つ少ない核)の半減期測定に成功しました。魔法数が健在な場合、魔法数の前後で寿命が大きく変化します。観測結果から、78Niよりも79Niは3倍、80Niは6倍、77Coは10倍速く崩壊することが明らかになり、78Niにおいて2重魔法数が実現していることを示す最初の実験結果を得ることに成功しました。

共同研究グループはこの実験で、コバルト(Co、Z=27)、ニッケル(Ni、 Z=28)、銅(Cu、Z=29)、亜鉛(Zn, Z=30)の中性子過剰なRIを生成し、計20種の半減期測定に成功しました。このうち76,77Co、79,80Ni、81Cuの寿命測定の成功は世界初です。

この成果は、重元素合成過程 (r-過程)[6] の謎の解明においても重要な手がかりを与えると期待できます。本研究成果は、米国の科学雑誌『 Physical Review Letters 』(7月18日号)に掲載されました。

詳細については 理化学研究所 のホームページをご覧ください。