Mechanism of Two-proton Radioactivity - Direct Mass Measurements of Two-proton Emitters

• Project/Area Number: 20H01910
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 道正 新一郎 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (80392140)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2021: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2020: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000)
• Keywords: 実験核物理 / 不安定核 / 二陽子放出 / 核質量測定

Outline of Research at the Start

本研究では、二陽子放出現象の機構解明を目指している。二陽子放出現象は、α、β、γ壊変に続き、2002年に発見された新たな壊変様式である。この現象は非束縛二陽子系のトンネル効果を伴うため、その理解には弱く束縛した二陽子の相関を評価することが不可欠である。原子核質量は核子相関の結合エネルギーを反映するので、二陽子放出核45Fe, 48Niを含めた、まだ質量が測定されていない陽子過剰原子核の質量測定を系統的に行い、その結果から原子核内の二陽子相関の性質を明らかにすることを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、2002年に発見された新たな核壊変様式である二陽子放出現象の機構解明を目指している。この現象は非束縛二陽子のトンネル効果を伴うため、弱く束縛した二陽子の相関を評価することが不可欠で、その理解には二陽子放出核45Fe, 48Ni等の質量が決定的である。核質量は不安定核ビームラインの飛行時間法を用いて行ない、ビームラインを飛行する粒子の飛行時間と磁気剛性、それぞれの高精度測定が必須な技術となっている。
本研究期間では、理化学研究所RIBF施設、BigRIPS-OEDO-SHARAQ実験装置をもちいた実験を実施した。本研究課題で開発した以下の検出器群を実験測定で用いた。
(1)高速応答を特徴とするCVDダイヤモンド検出器をビームラインの始点と終点に設置し、飛行時間測定用検出器の最適化を行った。これにに加え、高速応答プラスチック検出器をビームラインの終点に設置し、冗長性を持たせた。これにより、時間分解能が向上するとともに、原子番号の識別能力が向上させた。(2)ビームライン中間にある運動量分散焦点面にストリップ読み出し型平行平板アバランシェ検出器（SR-PPAC）を磁気剛性測定用検出器として設置した。ストリップの個別読み出しによりビーム強度耐性と位置精度向上を図った。(3)アイソマー同定のための最終焦点面検出器群を設置した。質量測定検出器群を通過した稀少短寿命原子核をMPPC読み出しプラスチックシンチレータストッパーに停止させ、二陽子崩壊に起因する陽子放出、またはβ崩壊起因の陽電子放出の測定を行った。また、アイソマー及びβ崩壊起因の遅延ガンマ線測定のために２台のゲルマニウム検出器もあわせて設置した。
実験終了後は、粒子同定のためのデータ解析を開始、順調に進んでいる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

完成した本計画実験の検出器群を加速器ビームラインへの設置、実験でのデータ測定を実施した。実験データ解析も堅調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

研究施設の事情により当初計画から半年ほど遅れて実験を実施した。データ取得は問題なく行われたと思われるので、今後は二陽子放出核の崩壊メカニズム解明に繋がる物理成果にむけて、取得したデータの解析を進める。

Research Products

• [Int'l Joint Research] CENS, IBS(韓国)
• [Int'l Joint Research] CENS, IBS(韓国)
• [Journal Article] Study of the N = 32 and N = 34 Shell Gap for Ti and V by the First High-Precision Multireflection Time-of-Flight Mass Measurements at BigRIPS-SLOWRI (2023)
  • Author(s): Iimura S.、Rosenbusch M.、Takamine A.、Tsunoda Y.、Wada M.、Chen S.、Hou D.S.、Xian W.、Ishiyama H.、Yan S.、Schury P.、Crawford H.、Doornenbal P.、Hirayama Y.、Ito Y.、Kimura S.、Koiwai T.、Kojima T.M.、Koura H.、Lee J.、Liu J.、Michimasa S.、Miyatake H.、Moon J.Y.、Naimi S.、Nishimura S. et al.
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 130 Issue: 1 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1103/physrevlett.130.012501
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The new MRTOF mass spectrograph following the ZeroDegree spectrometer at RIKEN’s RIBF facility (2023)
  • Author(s): Rosenbusch M.、Wada M.、Chen S.、Takamine A.、Iimura S.、Hou D.、Xian W.、Yan S.、Schury P.、Hirayama Y.、Ito Y.、Ishiyama H.、Kimura S.、Kojima T.、Lee J.、Liu J.、Michimasa S.、Miyatake H.、Moon J.Y.、Mukai M.、Naimi S.、Nishimura S.、Niwase T.、Sonoda T.、Watanabe Y.X.、Wollnik H.
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment Volume: 1047 Pages: 167824-167824
  • DOI: 10.1016/j.nima.2022.167824
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Large enhancement of total reaction cross sections at the edge of the island of inversion in Ti, Cr, and Fe isotopes (2022)
  • Author(s): Horiuchi W.、Inakura T.、Michimasa S.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 105 Issue: 1 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1103/physrevc.105.014316
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] First Application of Mass Measurements with the Rare-RI Ring Reveals the Solar r-Process Abundance Trend at A=22 and A=123 (2022)
  • Author(s): H. F. Li, S. Naimi et al.
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 128 Issue: 15 Pages: 152701-1
  • DOI: 10.1103/physrevlett.128.152701
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mapping of a New Deformation Region around 62Ti (2020)
  • Author(s): S. Michimasa, M. Kobayashi, Y. Kiyokawa et al.
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 125 Issue: 12 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1103/physrevlett.125.122501
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Performance of the OEDO beamline (2020)
  • Author(s): J.W. Hwang, S. Michimasa, K. Yamada et al.
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 1643 Issue: 1 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1643/1/012035
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Experimental studies of the two-step scheme with an intense radioactive 132Sn beam for next-generation production of very neutron-rich nuclei (2020)
  • Author(s): H. Suzuki K. Yoshida, S.Michimasa et al.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 102 Issue: 6 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1103/physrevc.102.064615
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Mass measurements of exotic nuclei at OEDO-SHARAQ (2023)
  • Author(s): 道正新一郎
  • Organizer: The International Symposium on Nuclear Spectroscopy for Extreme Quantum Systems (NUSPEQ2023)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] OEDO-SHARAQ system: multifaceted performances in low-energy RI production and high-resolution spectroscopy (2022)
  • Author(s): 道正新一郎
  • Organizer: The 19th International Conference on Electromagnetic Isotope Separators and Related Topics (EMIS XIX)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Direct mass measurements around neutron-rich Ca region at SHARAQ (2022)
  • Author(s): 道正新一郎
  • Organizer: Physics of RI: Recent and Perspectives, RIKEN Nishina Center, Japan.
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 中性子過剰62Ti核および近傍核の質量測定 (2021)
  • Author(s): 道正新一郎
  • Organizer: 日本物理学会76回年次大会
• [Remarks] チタン同位体でおこる新たな安定化現象を発見
  • URL: https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2020/7035/
• [Remarks] 質量から探る原子核の秩序と存在限界
  • URL: https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/story/newsletter/page/7201/