Precision mass measurement of neutron-rich transuranium isotopes by multinucleon transfer reaction

• Project/Area Number: 21J00670
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 庭瀬 暁隆 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 特別研究員(PD) (50934006)
• Project Period (FY): 2021-04-28 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 超ウラン元素 / 多核子移行反応 / 中性子過剰核 / 精密質量測定 / MRTOF質量分光器 / 核分光 / 超重元素 / α/β-TOF検出器

Outline of Research at the Start

本研究の目的は、重核の飛行時間とα/β崩壊の相関取得を行うための検出器"α/β-TOF"を開発し、多核子移行反応によって生成される中性子過剰核の質量と崩壊特性の相関測定法の開拓を行うことである。この手法の確立により、今までは測定がなされてこなかった中性子過剰超ウラン元素の質量を高確度かつ高精度に測定することができる。本研究では始めにα/β-TOFの性能評価試験を行う。その後、元素選択型質量分離器(KISS)と組み合わせた多重反射型飛行時間測定式質量分光器(MRTOF)へと搭載し、超ウラン元素の質量を高い精度と確度をもって測定し、安定の島により近い中性子過剰核の核構造の議論を行う。

Outline of Annual Research Achievements

多重反射型飛行時間測定式質量分光器(MRTOF)を用いた、中性子過剰超ウラン元素の精密質量測定を目指した研究開発を実施した。2枚のSi検出器からなるテレスコープをイオン検出器に組み込んだ、β-TOF検出器の開発に成功。飛行時間とβ崩壊の相関測定を実現した。理化学研究所のZeroDegree spectrometer下流に設置されたMRTOFへ導入を行い、オンラインコミッショニングを実施した。
核破砕反応によって生成された中性子過剰Ga同位体である81Gaの飛行時間と、それに続いたβ崩壊の相関測定に成功。粒子の到達時刻と崩壊の起こった時刻の時間差から半減期の導出も行い、結果は文献値と誤差の範囲で一致した。当該成果は現在投稿論文としてまとめている最中であり、投稿の最終段階である。
申請者は過去の研究において質量とα崩壊/核分裂の相関測定法を開拓してきたが、本開発により、β崩壊を崩壊様式として持つ核種への適用が可能となった。中性子過剰超ウラン元素の精密質量測定の端緒として、KEK元素選択型質量分離器 KISSとそれに結合させたMRTOFを用いて、238U+198Pt系の多核子移行反応によって生成される入射核様原子核の精密質量実験を実施した。
MRTOFによって新同位体241Uを発見・識別し、1ppm以下の精度でその質量を直接決定した。本成果は現在解析の最終段階であり、今後投稿論文の執筆および国内外の学会において口頭発表を行う。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] α-decay-correlated mass measurement of Ra206, 207g,m using an α-TOF detector equipped multireflection time-of-flight mass spectrograph system (2021)
  • Author(s): Niwase T.、Wada M.、Schury P.、Brionnet P.、Chen S. D.、Hashimoto T.、Haba H.、Hirayama Y.、Hou D. S.、Iimura S.、Ishiyama H.、Ishizawa S.、Ito Y.、Kaji D.、Kimura S.、Liu J.、Miyatake H.、Moon J. Y.、Morimoto K.、Morita K.、Nagae D.、Rosenbusch M.、Takamine A.、Tanaka T.、Watanabe Y. X.、Wollnik H.、Xian W.、Yan S. X.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 104 Issue: 4 Pages: 044617-044617
  • DOI: 10.1103/physrevc.104.044617
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] MRTOF+α-TOFによる257,258Dbの精密質量測定 (2022)
  • Author(s): 庭瀬暁隆, P. Schury, 和田道治, P. Brionnet, S. Chen, 羽場宏光, 平山賀一, D. S. Hou, 飯村俊, 石山博恒, 伊藤由太, 加治大哉, 木村創大, 小浦寛之, 宮武宇也, 森本幸司, 森田浩介, 長江大輔, M. Rosenbusch, 高峰愛子, 渡辺裕, H. Wollnik, W. Xian, S. X. Yan
  • Organizer: 日本物理学会第77回年次大会
• [Presentation] Direct mass measurement of superheavy nuclides via MRTOF mass spectrograph equipped with an α-TOF detector (2022)
  • Author(s): Toshitaka Niwase
  • Organizer: RIBF Nuclear Physics Seminar
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] MRTOF と α-TOF 検出器による，α 崩壊に相関した精密質量測定法の開拓 (2021)
  • Author(s): 庭瀬暁隆、和田道治、P. Schury、P. Brionnet、 S. D. Chen、橋本尚志、羽場宏光、平山賀一、D. S. Hou、飯村俊、石山博恒、石澤倫、伊藤由太、加治大哉、木村創大、J. Liu、宮武宇也、J. Y. MOON、森本幸司、森田浩介、長江大輔、M. Rosenbusch、高峰愛子、田中泰貴、渡辺裕、H. Wollnik、W. Xian、S.X. Yan
  • Organizer: 日本放射化学会第65回討論会
• [Presentation] Recent results of GARIS-II + MRTOF experiment (2021)
  • Author(s): Toshitaka Niwase
  • Organizer: TASCA21
  • Int'l Joint Research / Invited