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Chemical species identification of ions incident on water by beta-NMR

Research Project

Project/Area Number 18K11920
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 80040:Quantum beam science-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

Mihara Mototsugu  大阪大学, 理学研究科, 助教 (60294154)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords核磁気共鳴 / 不安定核 / 水 / 化学分析 / 窒素 / 溶液NMR / 放射性核ビーム / 化学シフト / 液体NMR / 不安定核ビーム / 窒素イオン / イオンビーム / ベータ線検出核磁気共鳴 / 化学種同定
Outline of Final Research Achievements

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectra of short-lived radioactive isotope 17N injected into water were measured by means of the beta-ray detected NMR method. As a result, we found that nitrogen ions injected into water form at least two chemical species. Furthermore, by achieving higher resolution of the spectrum, a splitting of the low-frequency component of the spectrum was shown to be due to a spin-spin coupling between 17N-1H. This strongly suggests that nitrogen ions in water form compounds with hydrogen.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

水や氷へのイオン照射によって形成される化学物質に関する研究は、宇宙での化学進化や生物学的な興味からこれまでにも行われてきた。しかし、従来の照射後に化学分析を行う方法では、微量な生成物質に対し十分な感度を得る事は困難であった。本研究で実施した、水中における放射性同位体 17N の高分解能ベータNMR 分光の成果により、従来の安定核の NMR 法では不可能であった、ビーム照射時の NMR 化学分析の実現に大きく近づいたと言える。

Report

(5 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (50 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (15 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 2 results) Presentation (33 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Development of a small Beta-NMR system using Halbach Array permanent magnet2021

    • Author(s)
      Kimura Y.、Mihara M.、Matsuta K.、Fukuda M.、Otani Y.、Takayama G.、Izumikawa T.、Noguchi N.、Ogose M.、Sato M.、Takatsu K.、Ohtsubo T.、Takahashi H.、Momota S.、Okumura H.、Moriguchi T.、Ozawa A.、Kitagawa A.、Sato S.
    • Journal Title

      Hyperfine Interactions

      Volume: 243 Issue: 1

    • DOI

      10.1007/s10751-021-01789-5

    • Related Report
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] High-resolution β-NMR of short-lived spin-1/2 nucleus 17N implanted into water2021

    • Author(s)
      Mihara M.、Otani Y.、Kimura Y.、Wakabayashi R.、Noguchi N.、Ogose M.、Izumikawa T.、Takahashi H.、Sato M.、Takatsu K.、Takayama G.、Momota S.、Okumura H.、Fukuda M.、Fukutome M.、Nishimura D.、Matsuta K.、Minamisono T.、Ohtsubo T.、Ozawa A.、Nagatomo T.、Kitagawa A.、Sato S.
    • Journal Title

      Hyperfine Interactions

      Volume: 242 Issue: 1

    • DOI

      10.1007/s10751-021-01773-z

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  • [Journal Article] Application of spin polarized 19O beam to the study of oxygen motion in solid oxide fuel cell materials2021

    • Author(s)
      Otani Y.、Mihara M.、Matsuta K.、Fukuda M.、Wakabayashi R.、Okimoto N.、Fukutome M.、Kimura Y.、Takayama G.、Izumikawa T.、Noguchi N.、Ogose M.、Sato M.、Takatsu K.、Ohtsubo T.、Nishimura D.、Takahashi H.、Sugawara S. 他10名
    • Journal Title

      Hyperfine Interactions

      Volume: 242 Issue: 1

    • DOI

      10.1007/s10751-021-01776-w

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    • Journal Title

      令和二年度「短寿命RIを用いた核分光と核物性研究VII」研究会報告書

      Volume: KURNS-EKR-13 Pages: 37-40

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    • Journal Title

      令和二年度「短寿命RIを用いた核分光と核物性研究VII」研究会報告書

      Volume: KURNS-EKR-13 Pages: 41-44

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      大谷優里花、三原基嗣、松多健策、福田光順、若林諒、沖本直哉、福留美樹、木村容子、高山元、泉川卓司、野口法秀、生越瑞揮、佐藤弥紗、高津和哉、大坪隆、西村太樹、髙橋弘幸、菅原奏来、Aleksey Gladkov、北川敦志、佐藤眞二、百田佐多生、奥村寛之、森口哲朗、小沢顕
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      Volume: KURNS-EKR-13 Pages: 45-48

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      Applied Radiation and Isotopes

      Volume: 170 Pages: 109582-109582

    • DOI

      10.1016/j.apradiso.2020.109582

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      Volume: KURNS-EKR-8 Pages: 17-20

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      M. Mihara, K. Matsuta, M. Fukuda, R. Wakabayashi, N. Okimoto, M. Fukutome, T. Izumikawa, N. Noguchi, M. Ogose, T. Ohtsubo, D. Nishimura, A. Gladkov, A. Kitagawa, and S. Sato
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      Proc. The Specialists' Meeting on Nuclear Spectroscopy and Condensed Matter Physics Using Short-Lived Nuclei VI

      Volume: KURNS-EKR-8 Pages: 21-24

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  • [Journal Article] Development of highly polarized unstable nuclear beams for materials science use2020

    • Author(s)
      M. Mihara, K. Matsuta, M. Fukuda, M. Tanaka, R. Wakabayashi, M. Fukutome, N. Okimoto, T. Izumikawa, D. Nishimura, S. Momota, N. Noguchi, M. Ogose, H. Takahashi, A. Gladkov, H. Nishibata, T. Nagatomo, A. Ozawa, T. Ohtsubo, T. Minamisono, A. Kitagawa, and S. Sato
    • Journal Title

      2019 Annual Report of the Research Project with Heavy Ions at NIRS-HIMAC

      Volume: QST-R-17/HIMAC-148 Pages: 167-168

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      Y. Yamada, Y. Sato, Y. Kobayashi, T. Ando, N. Takahama, K. Some, M. Sato, M. Mihara, K.M. Kubo, W. Sato, J. Miyazaki, T. Nagatomo, J. Kobayashi, A. Okazawa, S. Sato, A. Kitagawa
    • Journal Title

      Hyperfine Interactions

      Volume: 241 Issue: 1 Pages: 15-15

    • DOI

      10.1007/s10751-019-1655-y

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  • [Journal Article] Beta-NMR of short-lived nucleus 17N in liquids2019

    • Author(s)
      M. Mihara, T. Sugihara, M. Fukuda, A. Homma, T. Izumikawa, A. Kitagawa, K. Matsuta,T. Minamisono, S. Momota, T. Nagatomo, H. Nishibata, D. Nishimura, K. Ohnishi, T.Ohtsubo, A. Ozawa, S. Sato, M. Tanaka, R. Wakabayashi, S. Yagi, R. Yanagihara
    • Journal Title

      Hyperfine Interactions

      Volume: 240 Issue: 1

    • DOI

      10.1007/s10751-019-1650-3

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  • [Journal Article] πパルスによるH2O中17N の精密NMRスペクトル測定2019

    • Author(s)
      三原基嗣, 松多健策, 福田光順, 南園忠則, 田中聖臣, 若林諒, 柳原陸斗, 杉原貴信, 大西康介, 八木翔 一, 西畑洸希, 長友傑, 泉川卓司, 本間彰, 大坪隆, 西村太樹, 百田佐多生, 小沢顕, 北川敦志, 佐藤眞 二
    • Journal Title

      Proc. The Specialists' Meeting on Nuclear Spectroscopy and Condensed Matter Physics Using Short-Lived Nuclei V

      Volume: KURNS-EKR-4 Pages: 54-56

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      三原基嗣, 松多健策, 福田光順, 田中聖臣, 若林諒, 泉川卓司, 西村太樹, 百田佐多生, 西畑洸希, 長友 傑, 小沢顕, 大坪隆, 南園忠則, 北川敦志, 佐藤眞二
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      2018 Annual Report of the Research Project with Heavy Ions at NIRS-HIMAC

      Volume: QST-R-13/HIMAC-147 Pages: 178-179

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      三原基嗣, 松多健策, 福田光順, 南園忠則, 田中聖臣, 若林諒, 柳原陸斗, 杉原貴信, 大西康介, 八木翔一, 西畑洸希, 長友傑, 泉川卓司, 本間彰, 大坪隆, 西村太樹, 百田佐多生, 小沢顕, 北川敦志, 佐藤眞二
    • Journal Title

      KURNS-EKR

      Volume: 4 Pages: 54-56

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  • [Presentation] β‐NMR分光とイメージングのためのβ線トラッカーの開発2022

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      溝井浩、三原基嗣、木村容子、杉崎尭人、高山元、福田光順、大谷優里花、福留美樹、田口諒、松多健策、田中聖臣、泉川卓司、野口法秀、高津和哉、大坪隆、北川敦志、佐藤慎二
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      第36回 研究会「放射線検出器とその応用」
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      三原基嗣、大谷優里花、木村容子、杉崎尭人、森口哲朗、矢野朝陽、冨田啓介、要直登、小沢顕、石山博恒、福留美樹、高山元、宇田隆佑、湯田秀明、福田光順、松多健策
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      杉崎尭人、木村容子、高山元、田中聖臣、溝井浩、三原基嗣、福田光順、大谷優里花、福留美樹、田口諒、泉川卓司、野口法秀、高津和哉、大坪隆、松多健策、北川敦志、佐藤眞二
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      木村容子、三原基嗣、松多健策、福田光順、若林諒、大谷優里花、福留美樹、高山元、南園忠則、西村太樹、高橋弘幸、泉川卓司、大坪隆、野口法秀、生越瑞揮、佐藤弥紗、高津和哉、百田佐多生、小沢顕、長友傑、北川敦志、佐藤眞二、久保謙哉、下村浩一郎、幸田章宏、竹下聡史
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      大谷優里花、三原基嗣、松多健策、福田光順、若林諒、沖本直哉、福留美樹、木村容子、高山元、杉崎尭人、田口諒、泉川卓司、野口法秀、生越瑞揮、佐藤弥紗、高津和哉、大坪隆、西村太樹、高橋弘幸、菅原奏来、Aleksey Gladkov、石山博恒、北川敦志、佐藤眞二、百田佐多生、奥村寛之、森口哲朗、小沢顕、冨田啓介、要直登、矢野朝陽
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      木村容子、杉崎尭人、高山元、田中聖臣、溝井浩、三原基嗣、福田光順、大谷優里花、福留美樹、田口諒、泉川卓司、野口法秀、高津和哉、大坪隆、松多健策、北川敦志、佐藤眞二
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      日本物理学会第76回年次大会
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      杉崎尭人、木村容子、高山元、田中聖臣、溝井浩、三原基嗣、福田光順、大谷優里花、福留美樹、田口諒、泉川卓司、野口法秀、高津和哉、大坪隆、松多健策、北川敦志、佐藤眞二
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      日本物理学会第76回年次大会
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      M. Mihara、Y. Ohtani、Y. Kimura、R. Wakabayashi、N. Noguchi、M. Ogose、T. Izumikawa、H. Takahashi、M. Sato、K. Takatsu、G. Takayama、S. Momota、H. Okumura、M. Fukuda、M. Fukutome、D. Nishimura、K. Matsuta、T. Minamisonoi、T. Ohtsubo、A. Ozawa、T. Nagatomo、A. Kitagawa、S. Sato
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  • [Presentation] Production of spin polarized 19O beam and application to the study of solid oxide fuel cell materials2021

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      Y. Ohtani、M. Mihara、K. Matsuta、M. Fukuda、R. Wakabayashi、N. Okimoto、M. Fukutome、Y. Kimura、G. Takayama、T. Izumikawa、N. Noguchi、M. Ogose、Y. Sato、K. Takatsu、T. Ohtsubo、D. Nishimura、H. Takahashi、S. Sugawara、A. Gladkov、A. Kitagawa、S. Sato、S. Momota、H. Okumura、T. Moriguchi、A. Ozawa
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      3rd Int. Conf. on HYPERFINE Interactions and their Applications (HYPERFINE2021)
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      Y. Kimura、M. Mihara、K. Matsuta、M. Fukuda、Y. Ohtani、G. Takayama、T. Izumikawa、N. Noguchi、M. Ogose、Y. Sato、K. Takatsu、T. Ohtsubo、H. Takahashi、S. Momota、H. Okumura、T. Moriguchi、A. Ozawa、A. Kitagawa、S. Sato
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      3rd Int. Conf. on HYPERFINE Interactions and their Applications (HYPERFINE2021)
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  • [Presentation] Production of spin polarized 19O beam and application to the study of solid oxide fuel cell materials2021

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      Y. Ohtani、M. Mihara、K. Matsuta、M. Fukuda、M. Fukutome、Y. Kimura、G. Takayama、T. Izumikawa、N. Noguchi、K. Takatsu、T. Ohtsubo、D. Nishimura、H. Takahashi、A. Kitagawa、S. Sato、T. Moriguchi、A. Ozawa、N. Kaname、A. Yano、H. Ishiyama
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      Materials Research Meeting 2021 (MRM2021)
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      Y. Kimura、M. Mihara、K. Matsuta、M. Fukuda、Y. Ohtani、M. Fukutome、G. Takayama、T. Nishimura、H. Takahashi、T. Izumikawa、T. Otsubo、N. Noguchi、M. Ogose、K. Takatsu、A. Ozawa、M. K. Kubo、K. Shimomura、S. Sato、A. Kitagawa、A. Koda
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      日本量子医科学会第1回学術大会
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  • [Presentation] ベータNMR分光法による水中に入射したイオンの化学状態探索2021

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      三原基嗣、大谷優里花、木村容子、若林諒、野口法秀、生越瑞揮、泉川卓司、高橋弘幸、佐藤弥紗、高津和哉、高山元、百田佐多生、奥村寛之、福田光順、福留美樹、西村太樹、松多健策、南園忠則i、大坪隆、小沢顕、長友傑、北川敦志、佐藤眞二
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      日本量子医科学会第1回学術大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ハルバッハ配列磁石を用いた小型β-NMR装置の開発2021

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      木村容子, 三原基嗣, 松多健策, 福田光順, 大谷優里花, 高山元, 泉川卓司, 野口法秀, 生越瑞揮, 佐藤弥紗, 高津和哉, 大坪隆, 高橋弘幸, 百田佐多生, 奥村寛之, 森口哲朗, 小沢顕, 北川敦志、佐藤眞二
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      令和2年度京大複合研専門研究会「短寿命RIを用いた核分光と核物性研究VII」
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  • [Presentation] 溶液中のβ-NMR 分光のための高分解能化について2021

    • Author(s)
      三原基嗣, 松多健策, 福田光順, 若林諒, 大谷優里花, 木村容子, 福留美樹, 高山元, 南園忠則, 西村太樹, 高橋弘幸, 泉川卓司, 大坪隆, 野口法秀, 生越瑞揮, 佐藤弥紗, 高津和哉, 百田佐多生, 小沢顕, 長友傑, 北川敦志, 佐藤眞二
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      令和2年度京大複合研専門研究会「短寿命RIを用いた核分光と核物性研究VII」
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 酸化物形燃料電池材料YSZ中19Oの偏極緩和時間の温度依存性2021

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      大谷優里花, 三原基嗣, 松多健策, 福田光順, 若林諒, 沖本直哉, 福留美樹, 木村容子, 高山元, 泉川卓司, 野口法秀, 生越瑞揮, 佐藤弥紗, 高津和哉, 大坪隆, 西村太樹, 高橋弘幸, 菅原奏来, Aleksey Gladkov, 北川敦志, 佐藤眞二, 百田佐多生, 奥村寛之, 森口哲朗, 小沢顕
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      令和2年度京大複合研専門研究会「短寿命RIを用いた核分光と核物性研究VII」
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  • [Presentation] 19Oの偏極ビーム生成と固体燃料電池研究への応用2021

    • Author(s)
      大谷優里花, 三原基嗣, 松多健策, 福田光順, 若林諒, 沖本直哉, 福留美樹, 木村容子, 高山元, 泉川卓司, 野口法秀, 生越瑞揮, 佐藤弥紗, 高津和哉, 大坪隆, 西村太樹, 高橋弘幸, 菅原奏来, Aleksey Gladkov, 北川敦志, 佐藤眞二, 百田佐多生, 奥村寛之, 森口哲朗, 小沢顕
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      日本物理学会第76回年次大会
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  • [Presentation] ハルバッハ配列磁石を用いた小型β-NMR装置の開発2021

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      木村容子, 三原基嗣, 松多健策, 福田光順, 大谷優里花, 高山元, 泉川卓司, 野口法秀, 生越瑞揮, 佐藤弥紗, 高津和哉, 大坪隆, 高橋弘幸, 百田佐多生, 奥村寛之, 森口哲朗, 小沢顕, 北川敦志, 佐藤眞二
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      日本物理学会第76回年次大会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 電池材料研究のための高偏極リチウム及び酸素同位体ビーム開発2020

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      三原基嗣, 松多健策, 福田光順, 若林諒, 沖本直哉, 福留美樹, 大谷優里花, 木村容子, 泉川卓司, 野口法秀, 生越瑞揮, 大坪隆, 西村 太樹, 高橋弘幸, 菅原奏来, Aleksey Gladkov, 石山博恒, 北川敦志, 佐藤眞二, 森口哲朗, 小沢顕, 杉山純
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      新学術領域研究「宇宙観測検出器と量子ビームの出会い。新たな応用への架け橋。」領域研究会(第2回領域全体会議)
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  • [Presentation] 短寿命酸素NMRプローブ核19Oの物質科学利用2020

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      三原基嗣, 松多健策, 福田光順, 若林諒, 沖本直哉, 福留美樹, 泉川卓司, 野口法秀, 生越瑞揮, 大坪隆, 西村太樹, 高橋弘幸, 菅原奏来, Aleksey Gladkov, 北川敦志, 佐藤眞二
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      日本物理学会 2020 年秋季大会
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  • [Presentation] 酸素 NMR プローブ核 19O の開発2020

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      三原基嗣, 松多健策, 福田光順, 若林諒, 沖本直哉, 福留美樹, 泉川卓司, 野口法秀, 生越瑞揮, 大坪隆, 西村太樹, Aleksey Gladkov, 北川敦志, 佐藤眞二
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      令和元年度京大複合研専門研究会「短寿命RIを用いた核分光と核物性研究VI」兼「第11回停止・低速RIビームを用いた核分光研究会」
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  • [Presentation] 物性プローブとしての高偏極不安定核ビーム生成法の開発2019

    • Author(s)
      三原基嗣, 松多健策, 福田光順, 南園忠則, 若林諒, 田中聖臣, 杉原貴信, 大西康介, 八木翔一, 西村太樹, 泉川卓司, 大坪隆, 本間彰, 小沢顕, 西畑洸希, 長友傑, 北川敦志, 佐藤眞二, 百田佐多生
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      平成 30年度HIMAC共同利用研究成果発表会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Beta-NMR of short-lived nucleus 17N in liquids2019

    • Author(s)
      M. Mihara, T. Sugihara, M. Fukuda, A. Homma, T. Izumikawa, A. Kitagawa, K. Matsuta, T. Minamisono, S. Momota, T. Nagatomo, H. Nishibata, D. Nishimura, K. Ohnishi, T. Ohtsubo, A. Ozawa, S. Sato, M. Tanaka, R. Wakabayashi, S. Yagi, R. Yanagihara
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      International Conference on HYPERFINE Intereractions and their Applications (HYPERFINE 2019)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Beta-NMR of short-lived nuclei in liquid media for g-factor measurements2018

    • Author(s)
      M. Mihara, T. Sugihara, K. Matsuta, M. Fukuda, M. Tanaka, R. Wakabayashi, K. Ohnishi, S. Yagi, T. Minamisono, T. Izumikawa, S. Momota, A. Homma, T. Ohtsubo, D. Nishimura, A. Ozawa, T. Nagatomo, S. Sato, A. Kitagawa
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      4th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan
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  • [Presentation] πパルスによるH2O中17N の精密NMRスペクトル測定2018

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      三原基嗣, 松多健策, 福田光順, 南園忠則, 田中聖臣, 若林諒, 柳原陸斗, 杉原貴信, 大西康介, 八木翔一, 西畑洸希, 長友傑, 泉川卓司, 本間彰, 大坪隆, 西村太樹, 百田佐多生, 小沢顕, 北川敦志, 佐藤眞二
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      平成 30 年度 KUR 専門研究会「短寿命 RI を用いた核分光と核物性研究 V」
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  • [Remarks] 大阪大学大学院理学研究科 原子核実験研究室

    • URL

      http://nucl.phys.sci.osaka-u.ac.jp

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  • [Remarks] Experimental Nuclear Physics Group

    • URL

      http://nucl.phys.sci.osaka-u.ac.jp/index.html

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Published: 2018-04-23   Modified: 2023-01-30  

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