Determination of neutron lifetime by ultraprecise helium isotope ratio measurement to contribute nuclear physics and space physics

• Project/Area Number: 24654058
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: SUMINO Hirochika 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (90332593)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): MISHIMA Kenji 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特任助教 (20392136)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2013: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2012: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: ヘリウム / 同位体比 / 中性子 / 質量分析 / J-PARCパルス中性子源 / 同位体 / 中性子寿命 / 3H-3He法 / トリチウム

Outline of Final Research Achievements

In order to precisely and accurately determine isotope ratio of helium (3He/4He) filling a time projection chamber developed for neutron lifetime measurement using a pulsed cold neutron spallation source at J-PARC, we improved a noble gas mass spectrometer. Stabilizing magnetic field and optimizing ion optics resulted in 0.08% precision of 3He/4He determination, which satisfies the requirement for neutron lifetime determination better than previous reports. The tritium concentrations of standard water samples provided by IAEA were also determined using the 3He accumulation method to confirm accuracy of 3He/4He measurement with the mass spectrometer.

Research Products

• [Journal Article] Construction of a Newly Designed Small-Size Mass Spectrometer for Helium Isotope Analysis: Toward the Continuous Monitoring Of ³He/⁴He Ratios In Natural Fluids (2012)
  • Author(s): K. Bajo, H. Sumino, M. Toyoda, R. Okazaki, T. Osawa, M. Ishihara, I. Katakuse, K. Notsu, G. Igarashi, and K. Nagao
  • Journal Title: Mass Spectrometry Volume: 1 Issue: 2 Pages: A0009-A0009
  • DOI: 10.5702/massspectrometry.A0009
  • NAID: 10031126346
  • ISSN: 2186-5116, 2187-137X
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Neutron lifetime measurement with pulsed beam at JPARC: Overview (2014)
  • Author(s): K.Mishima, T.Yamada, N.Higashi, K.Hirota, T.Ino, Y.Iwashita, R.Katayama, M.Kitaguchi, R.Kitahara, H.Oide, H.Otono, R.Sakakibara, Y.Seki, T.Shima, H.M.Shimizu, T.Sugino, N.Sumi, H.Sumino, K.Taketani, G.Tanaka, S.Yamashita, H.Yokoyama, and T.Yoshioka
  • Organizer: 4th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan
  • Place of Presentation: ハワイ島（アメリカ合衆国）
  • Year and Date: 2014-10-07 – 2014-10-10
• [Presentation] Neutron lifetime measurement with pulsed beam at J- PARC: TPC and DAQ (2014)
  • Author(s): T.Yamada, N.Higashi, K.Hirota, T.Ino, Y.Iwashita, R.Katayama, M.Kitaguch, R.Kitahara, K.Mishima, H.Oide, H.Otono, R.Sakakibara, Y.Seki, T.Shima, H.M.Shimizu, T.Sugino, N.Sumi, H.Sumino, K.Taketani, G.Tanaka, S.Yamashita, H.Yokoyama, and T.Yoshioka
  • Organizer: 4th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan
  • Place of Presentation: ハワイ島（アメリカ合衆国）
  • Year and Date: 2014-10-07 – 2014-10-10
• [Presentation] J-PARC/BL05中性子寿命測定実験：系統誤差の評価 (2014)
  • Author(s): 山田崇人，片山領，東直，横山晴道，角野浩史，三島賢二，山下了，榊原理紗，杉野智昭，広田克也，清水裕彦，北口雅暁，田中元気，角直幸，音野瑛俊，吉岡瑞樹，北原龍之介，岩下芳久，生出秀行，嶋達志，関義親，竹谷薫，猪野隆
  • Organizer: 日本物理学会 2014秋期大会
  • Place of Presentation: 佐賀大学（佐賀県佐賀市）
  • Year and Date: 2014-09-18 – 2014-09-21
• [Presentation] J-PARC/BL05中性子寿命測定実験：中性子フラックスの決定 (2014)
  • Author(s): 三島賢二，山下了，山田崇人，片山領， 東直，横山晴道，角野浩史，榊原理紗，杉野智昭，広田克也，清水裕彦，北口雅暁，田中元気，角直幸，音野瑛俊，吉岡瑞樹， 北原龍之介，岩下芳久，生出秀行，嶋達志，関義親, 猪野隆，竹谷薫
  • Organizer: 日本物理学会 2014秋期大会
  • Place of Presentation: 佐賀大学（佐賀県佐賀市）
  • Year and Date: 2014-09-18 – 2014-09-21
• [Presentation] J-PARCパルス中性子ビームを用いた中性子寿命測定実験 (2013)
  • Author(s): 三島賢二，山下了，山田崇人，生出秀行，片山領，東直，横山晴道，角野浩史，ほか16名
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学（広島県）
• [Presentation] J-PARCにおける中性子寿命測定実験:現在までのデータ取得と今後の計画 (2012)
  • Author(s): 三島賢二，山下了，山田崇人，生出秀行，片山領，東 直，横山晴道，角野浩史，ほか14名
  • Organizer: 日本物理学会2012年秋季大会
  • Place of Presentation: 京都産業大学（京都府）
• [Presentation] J-PARC中性子寿命測定実験 : TPCデータ解析の現状と今後の方針 (2012)
  • Author(s): 山田崇人，生出秀行，片山領，東 直，横山晴道，角野浩史，三島賢二，山下 了，ほか14名
  • Organizer: 日本物理学会2012年秋季大会
  • Place of Presentation: 京都産業大学（京都府）
• [Presentation] J-PARCにおける中性子寿命測定実験：測定状況と解析及び結果
  • Author(s): 山田崇人，片山領，横山晴道，角野浩史，三島賢二，山下了，音野瑛俊，田中元気，吉岡瑞樹，榊原理紗，杉野智昭，北口正暁，広田克也，清水裕彦，生出秀行，猪野隆，竹谷薫，酒井健二，嶋達志，日野正裕，関義親 and the NOP Collaboration
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 高知大学、高知県
• [Presentation] J-PARC/BL05中性子寿命測定実験：現状と展望
  • Author(s): 三島賢二，山下了，山田崇人，片山領，東直，横山晴道，角野浩史，榊原理紗，杉野智昭，広田克也，清水裕彦 ，北口雅暁，田中元気，音野瑛俊，吉岡瑞樹，生出秀行，猪野隆，竹谷薫，嶋達志，関義親
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学、神奈川県
• [Presentation] J-PARC/BL05中性子寿命測定実験の現状
  • Author(s): 北口雅暁，榊原理紗，杉野智昭，広田克也，清水裕彦，横山晴道，東直，山田崇人，片山領，角野浩史，三島賢二，山下了，田中元気，音野瑛俊，吉岡瑞樹，生出秀行，関義親，猪野隆，竹谷薫，嶋達志
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学、神奈川県
• [Presentation] J-PARC/BL05中性子寿命測定実験の入射フラックス測定の安定性とその系統誤差の評価
  • Author(s): 榊原理紗，杉野智昭，広田克也，清水裕彦，北口雅暁，横山晴道，東直，山田崇人，片山領，角野浩史，三島賢二，山下了，田中元気，音野瑛俊，吉岡瑞樹，生出秀行，関義親，猪野隆，竹谷薫，嶋達志
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学、神奈川県
• [Remarks] 超高感度希ガス質量分析計の開発
  • URL: http://www.eqchem.s.u-tokyo.ac.jp/member/sumino/2coll.html