2020 Fiscal Year Annual Research Report
Highly spin-polarized RI beam and its application to nuclear physics and materials science
| Project Area | Toward new frontiers : Encounter and synergy of state-of-the-art astronomical detectors and exotic quantum beams |
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| Project/Area Number |
18H05462
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
上野 秀樹 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (50281118)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山崎 展樹 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (00271528)
高峰 愛子 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (10462699)
吉見 彰洋 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (40333314)
山本 文子 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (50398898)
鄭 旭光 佐賀大学, 理工学部, 教授 (40236063)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | その他の量子ビーム / 核スピン偏極 / 小型量子ビーム発生技術 / 原子核（実験） / 原子・分子 / 磁気共鳴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では「超低速・高核スピン偏極」という新たな価値を付加した新奇量子ビームを実現すべく、RI原子線共鳴装置の開発を行う。更にβ線検出型超高感度NMR法(β-NMR法)による新たな物質科学研究を開拓するとともに、宇宙観測用ガンマ線検出器と組み合わせた核物理の展開も目指している。目的達成に向け、RIプローブの性質解明及び関連研究を推進する①核プローブ研究チーム、RI原子線共鳴装置の開発を担う②RI原子線発生系開発チーム及び③RIスピン選択系開発チーム、その利用を視野に入れ本研究で測定対象とする試料の合成と評価、及び核プローブの利用研究を進める④物質科学研究チーム、および、領域内横断的連携によりRIビームや結晶を利用した新たな研究を開拓する⑤領域横断研究チームの5チーム体制で研究を推進している。
2020年度は①と②について重点的に研究を行った。チーム①では、O-21核の電気四重極モーメントの精密測定に成功しデータ解析を経て最終的な実験値を決定した。現在成果の取りまとめと論文執筆に取り掛かっている。関連研究として、放医研HIMAC加速器施設を用い、核破砕反応におけるスピン整列RIビームを用いた新たな核電磁モーメント測定法の開発実験を実施し、良好な成果を得ることができた。また、核理論の関連研究でも多くの成果が得られた。②では、前年度構築したイオントラップ装置の開発を本格化し、オフライン開発用のRbイオン源を用いてイオントラップ効率を50%以上に向上させた。その次のステップとして中性化を行い、20%程度の中性化を確認・達成することができた。また、関連技術＆装置を一部利用したレーザー分光研究に関する開発研究の成果を取りまとめて論文発表した。③ではシミュレーションに基づく設計を、④では引き続きCuOおよび関連する物質の合成に関する研究を進めた他、核プローブを用いた関連研究も実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究で用いるO-21の核電気四重極モーメントが測定されたことで、重イオン核反応を用いた既存の核スピン偏極生成法を用いたCuOのβ-NMR測定に着手している。最初に行った実験ではNMR信号を得ることができなかったため、その原因を探っているが、CuOの物性に由来する原理的な問題である可能性も否定できない。そこで、O-17で同位体濃縮したCuOの単結晶作製を行い、物質特性を調べるオフライン研究の検討を進めている。加えて領域横断的な連携によりCuOのμSR実験も検討を進めている。このようにCuO結晶に関連する研究では順調に研究が進捗している。
本研究の中心課題となっているイオントラップ・中性化装置開発は、COVID-19感染拡大防止に向けた取り組みの影響を受け、残念ながら現場での装置開発に半年程度の遅延が生じた。また、この結果を受けて装置の構築を行う必要のあるスピン選択磁石系装置も同じく遅れが生じている。しかしながら、オフライン開発用のRbイオン源の整備を行い、これを用いてイオントラップの開発を重点的に行った結果、50%以上の効率でイオントラップすることができた。また、次のステップとして、イオントラップ時に中性化ガスを導入する方法で中性化試験を行い、20%程度の中性化を確認することができ、イオントラップ・中性化方式による原子線生成の実現に向けて重要な一歩を踏み出すことができている。以上、当初予定に比べ一部若干の遅れが生じているが、計画研究全体としてはおおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度は、遅れが生じているRI原子線共鳴装置の開発に特に注力する。また、ここまで得られた成果を論文にまとめると同時に、関連研究も推進する。
各チームの2021年度の実施計画は下記の通り：①核プローブ研究チーム：これまでに実験で得られた結果を論文にまとめるのと並行し、核整列RIビームを用いたβ-NMR法の利用展開を進め、RIBFでの希少RIを対象とする実験提案に結びつける。②RIイオン冷却・中性化装置開発チーム：原子線発生の重要部分となるイオン中性化及び冷却に関する要素技術開発を行う。更にイオントラップ部を線形Paulトラップに置き換え、冷却中性原子の射出を実現する。③RI原子線共鳴装置本体部開発チーム：2)で得られる原子線のデータを基に原子スピン選択性を有する原子線共鳴装置本体部の設計を引き続き行い、超微細構造間遷移のためのRFキャビティの開発を行い、システムの構築を行う。④物質科学研究チーム：cmサイズのCuOの高品質単結晶作製を試み、RIPSを用いたβ-NMR物性実験を実施する。並行し、β-NMR実験と比較するためのO-17を用いたCuO同位体濃縮結晶の作製と評価、及び下記⑤でのμSR実験に向けたナノ結晶CuOの作製に着手する。⑤領域横断分光研究チーム：CdTe検出器による偏光測定を通じた核分光実験計画及びCuOを用いたμSR測定計画を具体化し実験計画を策定する。
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