孤立系ミュオン原子のラジカル反応に関する研究

• Project/Area Number: 14J01738
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Atomic/Molecular/Quantum electronics
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 吉田 剛 大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: ミュオン原子 / 多価イオン / 飛行時間型質量分析計 / クーロン爆発 / イオン加速 / レーザーアブレーション / 希ガス元素 / ラジカル反応 / ミューオン原子

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、未だ単離された報告の無いミュオン原子を単離し、その化学反応を観察することで、化学種としてのミュオン原子の可能性を切り開くことを最終目的にしている。そのために、本研究では、１）PTFEターゲットでのミュオン原子生成、２）電磁相互作用によるミュオン原子の分離、３）分離後のミュオン原子ビームの最適化、４）ミュオン原子ビームの利用と順を追って研究を進めていく。
平成２７年度までは、PTFEからミュオン原子をビームとして取り出す装置を開発、その評価・最適化を行い、ミュオンF原子イオンを検出するのに十分な分解能を持っていることを示すことができた。平成２８年度は、開発した装置を用いて、J-PARCのミュオンビームを用いた性能評価を行った。ミュオンビーム照射により生成する様々な粒子がノイズとして観測されたが、静電場によるビーム偏向システムを組み込みなど、装置の改造を行うことで大幅に低下させられることがわかった。すでに述べたように、装置としては十分な性能を持っていることがわかっているが、ノイズ、シグナルの問題などにより、これまで実施したミュオンビーム実験ではミュオン原子の検出には至らなかった。その原因としては、ミュオンビーム強度が足りていないこと、そして、ターゲットからのミュオン原子発生機構に不確かさがあることが考えられる。発生機構については、実験だけでなく理論的なアプローチが、課題解決のために必要だと考えている。
研究実務以外では、学会発表を４件（国内３件、海外１件）行った。また、２件の受賞があった。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Chemical Environmental Effects on Muon Transfer Process in Low Pressure Mixture Gases; H₂+CO and H₂+CO₂ (2016)
  • Author(s): Go YOSHIDA, Kazuhiro NINOMIYA, Makoto INAGAKI, Wataru HIGEMOTO, Naritoshi KAWAMURA, Koichiro SHIMOMURA, Yasuhiro MIYAKE, Taichi MIURA, Michael Kenya KUBO, Atsushi SHINOHARA
  • Journal Title: RADIOISOTOPES Volume: 65 Issue: 3 Pages: 113-118
  • DOI: 10.3769/radioisotopes.65.113
  • NAID: 130005137586
  • ISSN: 0033-8303, 1884-4111
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Elemental Analysis System with Negative-Muon Beam (2015)
  • Author(s): Takahito OSAWA, Kazuhiro NINOMIYA, Go YOSHIDA, Makoto INAGAKI, Kenya M. Kubo, Naritoshi KAWAMURA, Yasuhiro MIYAKE
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 8 Pages: 025003-025003
  • DOI: 10.7566/jpscp.8.025003
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Development of a Non-Destructive Analysis System with Negative Muon Beam for Industrial Devices at J-PARC MUSE (2015)
  • Author(s): Motonobu Tampo, Kouji Hamada, Naritoshi Kawamura, Makoto Inagaki, Takashi U. Ito, Kenji M. Kojima, Kenya M. Kubo, Kazuhiko Ninomiya, Patrick Strasser, Go Yoshida, Yasuhiro Miyake
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 8
  • DOI: 10.7566/jpscp.8.036016
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Muonic Atom Formation by Muon Transfer Process in C6H6 or C6H12 and CCl4 Mixtures (2015)
  • Author(s): M. Inagaki, K. Ninomiya, K. Fujihara, G. Yoshida, Y. Kasamatsu, M. K. Kubo, W. higemoto, N. Kawamura, T. Nagatomo, Y. Miyake, T. Miura, A. Shinohara
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 8 Pages: 033004-033004
  • DOI: 10.7566/jpscp.8.033004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Muon capture probability of carbon and oxygen for CO, CO2, and COS under low-pressure gas conditions (2015)
  • Author(s): G. Yoshida, K. Ninomiya, T. U. Ito, W. Higemoto, T. Nagatomo, P. Strasser, N. Kawamura, K. Shimomura, Y. Miyake, T. Miura, K. M. Kubo, A. Shinohara
  • Journal Title: Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry Volume: 303 Issue: 2 Pages: 1277-1281
  • DOI: 10.1007/s10967-014-3602-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] TOF型質量分析計を用いたミュオン原子取り出し装置の開発 (2016)
  • Author(s): 吉田 剛, 二宮 和彦, 稲垣 誠, 豊田 岐聡, 青木 順, 河村 成肇, 篠原 厚
  • Organizer: 原子衝突学会第40回年会
  • Place of Presentation: 首都大学東京南大沢キャンパス（八王子市）
  • Year and Date: 2016-09-30
• [Presentation] Development of muonic atom beam extraction by using intense negative muon beam of J-PARC MUSE (2016)
  • Author(s): Go Yoshida, Kazuhiko Ninomiya, Makoto Inagaki, Jun Aoki, Michisato Toyoda, Naritoshi Kawamura, Atsushi Shinohara
  • Organizer: The 6th Yamada workshop on Muonic X and Gamma ray Spectroscopy (MXG16)
  • Place of Presentation: Osaka University (Suita, Osaka)
  • Year and Date: 2016-09-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 酸素、硫黄原子へのミュオン捕獲確率の分子による変化 (2016)
  • Author(s): 吉田剛, 二宮和彦, 稲垣誠, 伊藤孝, 髭本亘, ストラッサー・パトリック, 河村成肇, 下村浩一郎, 三宅康博, 三浦太一, 久保謙哉, 篠原厚
  • Organizer: 第６０回放射化学討論会
  • Place of Presentation: 新潟大学五十嵐キャンパス (新潟市西区)
  • Year and Date: 2016-09-10
• [Presentation] J-PARC MUSEの大強度ミュオンビームを用いたミュオン原子取り出し実験 (2016)
  • Author(s): 吉田剛, 二宮和彦, 稲垣誠, 豊田岐聡, 青木順, 河村成肇, 三宅康博, 篠原厚
  • Organizer: 第６０回放射化学討論会
  • Place of Presentation: 新潟大学五十嵐キャンパス (新潟市西区)
  • Year and Date: 2016-09-10
• [Presentation] Development of muonic atom beam extraction system for chemical reaction studies of muonic atoms (2016)
  • Author(s): Go Yoshida, Kazuhiko Ninomiya, Makoto Inagaki, Jun Aoki, Michisato Toyoda, Naritoshi Kawamura, Atsushi Shinohara
  • Organizer: Ninth International Conference on Nuclear and Radiochemistry (NRC9)
  • Place of Presentation: Marina Congress Center (Helsinki, Finland)
  • Year and Date: 2016-08-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] C,O原子に対するミュオン捕獲過程の化学構造による変化 (2016)
  • Author(s): 吉田剛, 二宮和彦, 稲垣誠, 篠原厚, 髭本亘, 河村成肇, 下村浩一郎, 三宅康博, 三浦太一, 久保謙哉
  • Organizer: 日本化学会 第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス（京田辺市）
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] Muonic atom formation processes for low pressure gaseous molecules (2016)
  • Author(s): G. Yoshida, K. Ninomiya, M. Inagaki, R. Nakagaki, T.U. Ito, W. Higemoto, T. Nagatomo, P. Strasser, N. Kawamura, K. Shimomura, Y. Miyake, T. Miura, K. Ishida, K. Kubo, A. Shinohara
  • Organizer: 理研シンポジウム：ミュオン科学応用の最先端
  • Place of Presentation: 理化学研究所（和光市）
  • Year and Date: 2016-02-16
• [Presentation] Muonic atom formation processes for carbon containing molecules (2015)
  • Author(s): Go Yoshida, Kazuhiko Ninomiya, Makoto Inagaki, Wataru Higemoto, Takashi U. Ito, Naritoshi Kawamura, Kohichiro Shimomura, Yasuhiro Miyake, Taichi Miura, Kenya M. Kubo, Atsushi Shinohara
  • Organizer: the XXIX International Conference on Photonic, Electronic, and Atomic Collisions (ICPEAC 2015)
  • Place of Presentation: Sala Toledo of El Greco Conference Center (Toledo, Spain)
  • Year and Date: 2015-07-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Initial quantum states of captured muon for CO, CO2 and COS molecules (2014)
  • Author(s): G. Yoshida, K. Ninomiya, M. Inagaki, T.U. Ito, W. Higemoto, T. Nagatomo, P. Strasser, N. Kawamura, K. Shimomura, Y. Miyake, T. Miura, M.K. Kubo, and A. Shinohara
  • Organizer: 11th Asian International Seminar on Atomic and Molecular Physics (AISAMP11)
  • Place of Presentation: 東北大学片平キャンパス（仙台市青葉区）
  • Year and Date: 2014-10-08
• [Presentation] 低圧のH2+COおよびH2+CO2混合ガスにおけるミュオン転移過 程の研究 (2014)
  • Author(s): 吉田剛、二宮和彦、稲垣誠、伊藤孝、髭本亘、長友傑、ストラッサー・パトリック、河村成肇、下村浩一郎、三宅康博、三浦太一、久 保謙哉、篠原厚
  • Organizer: 第５８回放射化学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学東山キャンパス（名古屋市千種区）
  • Year and Date: 2014-09-12
• [Presentation] Muonic atom formation on low pressure carbon oxide samples by using low energy negative muon beam (2014)
  • Author(s): G. Yoshida, K. Ninomiya, M. Inagaki, T.U. Ito, W. Higemoto, T. Nagatomo, P. Strasser, N. Kawamura, K. Shimomura, Y. Miyake, T. Miura, M.K. Kubo, and A. Shinohara
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Science at J-PARC 2014
  • Place of Presentation: エポカルつくば（つくば市）
  • Year and Date: 2014-07-14