New method for excitation-function measurement using high time-resolution gamma-ray detector

Research Project

Project/Area Number	20K03992
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research Institution	Osaka Electro-Communication University
Principal Investigator	溝井浩大阪電気通信大学, 共通教育機構, 教授 (30388392)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000) Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000) Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000) Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywords	原子核反応 / γ線計測 / 励起関数 / 反応断面積 / γ線検出器 / 励起状態
Outline of Research at the Start	原子核反応の反応断面積の大きさが、エネルギーによって変化する様子を表す励起関数は、原子核の構造や原子核反応の機構を解明する上で、非常に有用な情報となる。一般に、励起関数は、原子核ビームの加速エネルギーを変化させながら、原子核反応を測定する必要があるため、技術的また時間的な困難を伴う。本研究では、加速器によらずにエネルギーを変化させると同時に原子核反応を測定することを可能にする新たな実験技術を開発する。これにより、従来の測定手法では困難であった励起関数の測定を行うことが可能になる。
Outline of Annual Research Achievements	本研究は、γ線が放出されたタイミングをいかに精度よく測定するかが、成否のカギとなる。また、エネルギー分解能と検出効率も時間分解能に次いで重要なファクターとなる。これまで、本研究の目的に合致するシンチレータや光センサーの選定を進めてきた。その結果、時間分解能に優れたLYSOシンチレータと、応答時間の短い光電子増倍管を組み合わせたγ線検出器を試作することとした。実際に、プロトタイプの検出器を作成し、放射線源を用いて、このプロトタイプ検出器の性能を評価するための実験を行った。性能試験では、アンプ系のゲインの最適化や、データ収集システムの動作チェックも行うことができた。また、この測定結果から得られた各種パラメータを、コンピュータシミュレーションに組み込み、様々な観点からシミュレーションを行った。本研究で達成目標とする条件を満たす原子核反応を想定した、より実践に即した条件での検討を進めることができた。原子核反応を起こさせるためのサンプル槽の形状や大きさなどの概念設計も並行して進めることができた。サンプル槽と検出器との位置関係によって、測定結果の正確性や分解能が変わりうるが、悪影響を最低限に抑えるような配置を見出すことができている。現在、このシミュレーションの結果をもとに、実行可能な実験のデザインを進めている。実験の可能な加速器施設を選定し、今後、その施設におけるマシンタイムを確保できるよう調整を進めていく。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason コロナ禍の影響が残り納品が遅れるなどの危惧があったため、早めに仕様決定しできるだけ早く発注が進められるようにしてきた。また、納期に関係なく進められるコンピュータシミュレーションを先行して進めるなどして、研究の進展に遅れがでないよう留意した。
Strategy for Future Research Activity	コンピュータシミュレーションの精度を向上させながら、検出器の各種パラメータの最適化を図っていく。また、実際に加速器からのビームを用いた実験計画を策定し、加速器施設でのマシンタイム確保を目指す。