超高精度-粒子速度測定器の開発

• Project/Area Number: 17654045
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 小林 俊雄 東北大学, 大学院理学研究科, 教授 (30186754)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大津 秀暁 独立行政法人理科学研究所, 研究員 (90302075)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2006: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2005: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
• Keywords: 原子核構造 / RIビーム / チェレンコフ光

Research Abstract

Broad Range磁気分析器を用いてRIビームを用いた電磁破砕反応や入射核破砕反応の測定を行う場合、超前方に放出される重入射核破砕片の粒子識別が必要不可欠である。その為には、速さが光束の約70%の粒子に対して、約1/1000の速度分解能が必要になるが、現在の標準的技術/手法である、飛行時間測定法(TOF)では、不可能とは言えないまでも、非常に困難である。この問題を解決する為に、全反射型チェレンコフ検出器を用いた高精度速度測定器の開発を行った。荷電粒子の速さが物質内光束より速い場合、チェレンコフ光が放出される。この光は粒子の進行方向に対して粒子速度により決まった角度で放出される。粒子速度が小さいうちは、チェレンコフ光は物質の表面で屈折/反射を多数回行い、光量が減り、物質の端には殆ど到達しない。しかし粒子速度がある値を越え、物質表面で全反射が起こるようになると、光が全て表面で反射し、物質端に到達する光量は急激に増加する。実際には屈折率の波長依存性により、有限の傾きで光量が増加するが、この境域で光量を測定する事により、粒子速度を高精度で測定できる。
粒子速度が光速の70%付近でこの方法を使うには、1.9-2.1という大きな屈折率を持つ物質が必要で、物質の分散が問題となる。試験研究では3種類の高屈折率を持つ物質(ガラス)を、高エネルギー重イオンビームで試験し、そのうち1つの物質に対して、250-300MeV/Aのエネルギー領域で光量の急激な増加を観測し、同時に質量数80付近の同位体の分離に成功した。この方法は今年度完成したRIビーム工場での実験装置に用いられる予定である。