理研,陽子過剰な新同位元素を発見

理化学研究所(理研)の研究グループは,理研の重イオン加速器施設「RIビームファクトリー(RIBF)」を用いて,陽子過剰な新同位元素であるルビジウム-72(72Rb)とジルコニウム-77(77Zr)を発見し,核図表において72Rbが天橋立のような構造を作っていることを明らかにした(ニュースリリース)。

原子核の性質は陽子数と中性子数の組み合わせで決まり,対相関という機構により,陽子数または中性子数が偶数のときに安定性が増す。これを反映し,原子核を陽子と中性子の数で分類した核図表において,陽子をこれ以上付け加えられない境界である陽子ドリップラインは,陽子数が偶数の核では出っ張り奇数の核では引っ込むような,ギザギザした形をしている。

陽子数が37のRb同位体では,38のストロンチウム(Sr)同位体と36のクリプトン(Kr)同位体が作る“岬”に挟まれた“入江”になっている。

今回,研究グループは,仁科加速器研究センターの超伝導リングサイクロトロン(SRC)を中心とした多段階加速システムにより,キセノン-124(124Xe)ビームを光速の70%まで加速し,厚さ4mmのベリリウム(Be)標的に衝突させ,入射核破砕反応によって新同位元素を含む放射性同位元素(RI)ビームを生成した。

超伝導RIビーム生成分離装置(BigRIPS)およびゼロ度スペクトロメータ(ZeroDegree)においてRIビームを分離・識別し,72Rbと77Zrを発見した。特に72Rbは核図表においてRb同位体の“入江”の入口に位置することから,これまで発見されたことがない天橋立のような構造を作っていることが分かった。

今回観測されなかった短寿命非束縛核の73Rbは“入江”の奥にある“ラグーン(潟)”と言える。72Rbは陽子数も中性子数も奇数のため“天橋立”の現れる機構は対相関では説明できず,現在知られていない新しい核構造効果が寄与している可能性が考えられるという。

また,この研究は,宇宙における元素合成の一つであるrp過程(高速陽子捕獲過程)を解明する上でも重要。rp過程の研究では,途中の72Krが元素合成の進みにくくなる滞留点であるかどうかが争点だった。今回73Rbが観測されなかったことから,72Krが強い滞留点であると分かった。

今回の成果は今後,宇宙における元素合成機構の解明につながるものだとしている。

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