Direct measurement of the 103Rh(n,gamma) and 103Rh(gamma,n) cross section up to stellar temperatures at the CSNS Back-n and SSRF SLEGS

CSNS Back-n 施設と SSRF SLEGS 施設を用いて、103Rh(n,γ) 反応と 103Rh(γ,n) 反応の断面積を恒星温度範囲まで直接測定し、新たな共鳴構造の発見や評価ライブラリとの不一致の解明を通じて、核データ評価や天体物理・医療応用研究の基盤を確立しました。

Hao Liang, Zhen-dong An, Wei Jiang, Zi-rui Hao, Chen-chen Guo, Yu-gang Ma, Jie Ren, Xi-chao Ruan, Jing-yu Tang, Rui-rui Fan, Gong-tao Fan, Hong-wei Wang, Wen-qing Shen, Yu-bing Li, Jun-heng Hu, Di Sun, Ting Liu, Zi-jun Liu, Yi Sui

公開日 2026-03-19
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🌟 物語の舞台:「原子の世界のレシピ本」

まず、宇宙で重い元素(金や銀など)がどうやって作られるか、あるいは原子力発電所でどう制御するかには、**「原子核の反応のレシピ(データ)」が必要です。
しかし、この研究で扱われた「ロジウム」という元素のレシピには、
「ここが抜けている」「前のレシピと数字が合わない」**という大きな問題がありました。

この研究チームは、中国の巨大な加速器施設(CSNS)と、上海の光の施設(SSRF)という、まるで**「原子核の料理教室」**のような場所で、このロジウムの正しいレシピを測り直しました。


🍳 第 1 部:中性子との「ダンス」(中性子捕獲反応)

【どんな実験?】
ロジウムに**「中性子」**という小さなボールを投げつけ、どう反応するかを見ました。

  • 従来の問題点:
    これまでのデータは、「10 円玉の重さの誤差」があるような不正確さでした。特に、エネルギーが低い領域では、「本当にあるはずのダンス(共鳴)」が見えていなかったり、間違ったリズムを踏んでいたりしました。
  • 今回の発見:
    研究者たちは、新しい施設で非常に高い解像度(ズーム機能)を使って観測しました。すると、「これまで誰も気づかなかった、新しいダンスのステップ(共鳴構造)」が 6 つ見つかりました!
    また、以前のデータにあった「11.9 eV や 33.0 eV のステップ」は、実はロジウムではなく、
    「不純物(プラチナやパラジウム)」が混ざっていたせいで見えていた偽物
    だったことが判明しました。純粋なロジウムには、それらのステップは存在しないのです。

【なぜ重要?】

  • 宇宙の謎: 恒星(星)の中で元素が作られる過程(s プロセス)を正しく理解するために、この「ダンスのステップ」の正確なデータが不可欠です。
  • 原子力発電: ロジウムは原子炉内の中性子検出器に使われています。正確なデータがあれば、より安全で敏感な検出器が作れます。

💡 第 2 部:光との「衝突」(光中性子反応)

【どんな実験?】
今度は、ロジウムに**「光(ガンマ線)」**という強力なハンマーを叩きつけ、中性子を弾き飛ばす反応を測りました。

  • 従来の問題点:
    これまでの実験では、「ハンマーの強さ(エネルギー)」が一定ではなく、ぶれがあったため、結果がバラバラでした。「A 実験ではこう、B 実験ではああ」という矛盾がありました。
  • 今回の工夫:
    研究者たちは、**「ほぼ単一の色(エネルギー)を持った光」という、非常にきれいなレーザー光を使いました。まるで、「不揃いな石ころをすべて同じ大きさの玉に磨き上げてから投げた」ような状態です。
    さらに、飛び散った中性子を捕まえるために、
    「平らで効率の良い網(フラット効率検出器)」**という新しい道具を開発しました。

【結果】

  • これまでの矛盾を解決し、**「5% 未満の誤差」**という驚異的な精度で、ロジウムが光にどう反応するかを初めて正確に描き出しました。
  • 以前のデータよりも、少しだけ反応率が低いことが分かりました。これは、新しい光の技術が、より正確なエネルギーを測れるようになったおかげです。

【なぜ重要?】

  • 医療への応用: この反応を使うと、がん治療や画像診断に使える「ロジウム 103m」という特別な同位体を作れます。反応の正確なデータがあれば、**「必要な薬を、無駄なく、効率的に作れる」**ようになります。
  • 宇宙の謎: 超新星爆発などで重い元素が作られる「p プロセス」のシミュレーションを、より現実的なものにする手がかりになります。

🎯 まとめ:この研究がもたらしたもの

この論文は、**「ロジウムという元素の正体」**を、これまでになく鮮明に描き出した画期的な研究です。

  1. 嘘を暴いた: 以前データにあった「共鳴」は、実は不純物のせいで、ロジウム自体にはなかった。
  2. 新発見: 見つけられなかった「新しい共鳴」を 6 つ発見した。
  3. 矛盾を解決: 光を使った実験で、長年続いていたデータ間の不一致を解消し、より信頼性の高い「レシピ」を作った。

**「宇宙の元素の成り立ち」を解き明かす鍵となり、「原子力発電の安全」「がん治療の薬」**の開発に、確かな土台を提供したのです。

まるで、**「ぼやけていた古い地図を、最新の GPS で書き換えた」**ような、科学界にとって非常に価値ある一歩と言えます。