多核子移行反応における殻効果の二重の役割を解明(Study Reveals the Dual Role of Shell Effects in Multinucleon Transfer Reactions)

2026-07-09 中国科学院(CAS)

中国科学院近代物理研究所(IMP)の研究チームは、多核子移行反応における殻効果(シェル効果)が中性子過剰重核の生成に果たす役割を理論的に解明した。中性子魔法数126付近の重核は、金や白金など重元素の宇宙起源を理解する上で重要だが、従来法では生成効率が低いという課題がある。研究では、変形依存質量公式と殻補正強度を連続的に変化させる理論モデルを構築し、^136Xeと^208Pb、^204Hg、^208Hgとの衝突反応を比較解析した。その結果、殻効果は反応初期に近い少数核子移行では生成量を増加させる一方、多数の核子移行を伴う中性子過剰核の生成では逆に強く抑制する「両刃の剣」であることを明らかにした。特に二重魔法核である^208Pbでは抑制効果が顕著であった。この知見を基に、魔法核ではなく非魔法核を標的とすることを提案し、^238Uを^204Hgに照射する反応系が^203Irや^202Osなどの生成確率を高める有望な手法であることを示した。本研究は重元素合成実験の指針を与え、宇宙における重元素生成過程の解明に貢献すると期待される。

多核子移行反応における殻効果の二重の役割を解明(Study Reveals the Dual Role of Shell Effects in Multinucleon Transfer Reactions)
Schematic diagram of multinucleon transfer reaction (Image by DAI Fanchao)

<関連情報>

中性子過剰核の生成における殻効果の役割N=126 多核子移行反応による領域 Role of shell effects on producing neutron-rich nuclei in the N=126 region via multinucleon transfer reactions

F.C. Dai, P.W. Wen, C.J. Lin, J.J. Liu, X.X. Xu, K.L. Wang, Y.D. Chen, H.L. Yang
Physics Letters  Available online: 4 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.physletb.2026.140614

Abstract

Neutron-rich nuclei near the N=126 shell closure are vital for r-process nucleosynthesis but remain challenging to produce. Multinucleon transfer reactions offer a promising route. We investigate the role of shell effects in such processes by extending the CLIM-H model with a deformation-dependent mass formula and a scaling factor a that linearly adjusts the shell-correction strength. Calculations for 136Xe on 208Pb, 204Hg, and 208Hg targets reveal a dual role: shell effects enhance few-nucleon transfers near the entrance channel but strongly suppress fragments requiring the transfer of many nucleons, most severely for the doubly magic 208Pb. This suppression stems from the cumulative transfer probabilities and is aggravated by lower survival after deexcitation. Thus, optimal production of exotic N=126 nuclei requires avoiding strongly shell-closed collision partners at N=126 , as exemplified by doubly magic 208Pb. We propose 238U + 204Hg at Ec.m. ≃ 1.45 VB as a superior system, predicting significantly enhanced yields.

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