Highly spin-polarized RI beam and its application to nuclear physics and materials science

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Toward new frontiers : Encounter and synergy of state-of-the-art astronomical detectors and exotic quantum beams
• Project/Area Number: 18H05462
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• 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)
• 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, 特別嘱託研究員 (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) ; 鄭 旭光 佐賀大学, 理工学部, 教授 (40236063) ; 山本 文子 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (50398898)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2023-03-31
• Keywords: その他の量子ビーム / 原子核（実験） / 量子ビーム測定手法 / 磁気共鳴 / 放射線

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではRIを用いた新たな物質科学研究手法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領域横断核物理研究への応用を目指している。研究は①RI核プローブ研究、②原子線発生系と③スピン選択磁石系の開発、④物質科学基礎研究、⑤領域横断研究を通じ、これらを連携させて進めている。
2022年度の実績は次の通りである。①でβ-NMR核としてキャラクタリゼーションを進めてきたO-21の核磁気モーメント測定結果を論文に取りまとめて誌上発表することができた。また、関連研究として、RIBFにて99Zrの準安定励起準位の核電気四重極モーメント測定実験を実施した。②では、開発を進めてきたイオントラップ・中性化システムの改良を進め、Rbと冷媒原子であるSrの同時トラップを実現すると共に、Srイオンのレーザー冷却を行い、この環境下で20Kまでの冷却を確認することができた。③ではRI原子線共鳴装置の後段に設置するために導入したスピン選択磁石系の開発を効果的に進めることができるよう、Rb粒子検出のためのLangmuir-Taylor検出器を整備し、機能実証と性能評価を行った。④では作製した4mmサイズのCuO単結晶を複数用意してc軸を揃えたβ-NMR実験用の大型ストッパーを用意し、理研RIBF施設にてビーム実験を実施した。並行して実施したO-17の安定核酸素で同位体濃縮したCuO結晶のNMR測定結果と併せて今後成果のとりまとめを行う。⑤ではC01班のコンプトンカメラを用いた核構造実験研究の試みに関する成果と、①の内容に関連する理論・実験連携研究として行った理論研究の成果が論文にまとまり、それぞれプレスリリースした。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] The Australian National University(オーストラリア)
  • Country Name: AUSTRALIA
  • Counterpart Institution: The Australian National University
• [Int'l Joint Research] GSI(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: GSI
• [Int'l Joint Research] Chinese Academy of Sciences/Jinan University/Lanzhou University(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: Chinese Academy of Sciences/Jinan University/Lanzhou University
  • # of Other Institutions: 1
• [Int'l Joint Research] IN2P3-CNRS/CEA/Universite Paris-Saclay(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: IN2P3-CNRS/CEA/Universite Paris-Saclay
  • # of Other Institutions: 1
• [Int'l Joint Research] Argonne National Laboratory/Iowa State University/Texas A&M University(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Argonne National Laboratory/Iowa State University/Texas A&M University
  • # of Other Institutions: 1
• [Journal Article] Nuclear magnetic moment of the neutron-rich nucleus 21O (2023)
  • Author(s): Y. Ishibashi, A. Gladkov, Y. Ichikawa, A. Takamine, H. Nishibata, T. Sato, H. Yamazaki, T. Abe, J. M. Daugas, T. Egami, T. Fujita, G. Georgiev, K. Imamura, T. Kawaguchi, W. Kobayashi, Y. Nakamura, A. Ozawa, M. Sanjo, N. Shimizu, D. Tominaga, L. C. Tao, K. Asahi, and H. Ueno
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 107 Pages: 024306
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.107.024306
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [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): S. Iimura et al.
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 130 Pages: 012501
  • 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): M. Rosenbusch, M. Wada, S. Chen, A. Takamine, S. Iimura, D. Hou, W. Xian, S. Yan, P. Schury, Y. Hirayama, Y. Ito, H. Ishiyama, S. Kimura, T. Kojima, J. Lee, J. Liu, S. Michimasa, H. Miyatake, M. Mukai, J.Y. Moon, S. Nishimura, S. Naimi, T. Niwase, T. Sonoda, Y. X. Watanabe, H. Wollnik
  • 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] α-Clustering in atomic nuclei from first principles with statistical learning and the Hoyle state character (2022)
  • Author(s): T. Otsuka, T. Abe, T. Yoshida, Y. Tsunoda, N. Shimizu, N. Itagaki, Y. Utsuno, J. Vary, P. Maris, H. Ueno
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Pages: 2234
  • DOI: 10.1038/s41467-022-29582-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] In-gas-cell laser resonance ionization spectroscopy of 200, 201Pt (2022)
  • Author(s): Y. Hirayama, M. Mukai, Y. X. Watanabe, P. Schury, H. Nakada, J. Y. Moon, T. Hashimoto, S. Iimura, S. C. Jeong, M. Rosenbusch, M. Oyaizu, T. Niwase, M. Tajima, A. Taniguchi, M. Wada, and H. Miyatake
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 106 Pages: 034326
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.106.034326
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ground-state β-decay spectroscopy of 187Ta (2022)
  • Author(s): M. Mukai, Y. Hirayama, Y. X. Watanabe, H. Watanabe, H. Koura, S. C. Jeong, H. Miyatake, M. Brunet, S. Ishizawa, F. G. Kondev, G. J. Lane, Yu. A. Litvinov, T. Niwase, M. Oyaizu, Zs. Podolyak, M. Rosenbusch, P. Schury, M. Wada, and P. M. Walker
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 105 Pages: 034331
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.105.034331
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] What is in a name: Defining "high entropy" oxides (2022)
  • Author(s): M. Brahlek, M. Gazda, V. Keppens, A. R. Mazza, S. J. McCormack, A. Mielewczyk-Gryn, B. Musico, K. Page, C. M. Rost, S. B. Sinnott, C. Toher, T. Z. Ward, and A. Yamamoto
  • Journal Title: APL Mater. Volume: 10 Pages: 110902
  • DOI: 10.1063/5.0122727
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High-Pressure Synthesis of High-Entropy Metal-Chalcogenides (2022)
  • Author(s): YAMAMOTO Ayako
  • Journal Title: The Review of High Pressure Science and Technology Volume: 32 Pages: 86～93
  • DOI: 10.4131/jshpreview.32.86
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 原子物理分光技術で覗く原子核の世界 (2023)
  • Author(s): 高峰愛子
  • Organizer: 第 30 回原子衝突セミナー
• [Presentation] 原子ビーム共鳴法を利用したスピン偏極 RI 原子ビーム生成に向けた中性化装置開発 (2023)
  • Author(s): 今村慧, 高峰愛子, 福澤悠亮, Aleksey Gladkov, 郷慎太郎, 田島美典, 上野秀樹
  • Organizer: 日本物理学会 2023 年春季大会
• [Presentation] レーザー誘起蛍光観測による超流動ヘリウム中不安定核原子 84Rb の停止位置最適化 (2023)
  • Author(s): 菊地快, 今村慧, 高峰愛子, 螺良健太, 秋元彩, 伊藤愛美, 光安陸大, Aleksey Gladkov, 田島美典, 郷慎太郎, 向井もも, 遠藤宏紀, 長谷正司, 川田敬太, 西畑洸希, 市川雄一, 北川敦志, 涌井崇志, 上野秀樹, 松尾由賀利
  • Organizer: 日本物理学会 2023 年春季大会
• [Presentation] HIMAC における超流動ヘリウム中不安定核原子 84Rb の蛍光検出高感度化の試み (2023)
  • Author(s): 光安陸大, 高峰愛子, 今村慧, 秋元彩, 伊藤愛美, 螺良健太, 菊地快, 上野秀樹, 松尾由賀利
  • Organizer: 日本物理学会 2023 年春季大会
• [Presentation] 安定イリジウム同位体周辺核の直接質量測定 (2023)
  • Author(s): 向井もも, 平山賀一, 渡邉裕, Peter Schury, 鄭淳讃, 宮武宇也, 庭瀬暁隆, Marco Rosenbusch, 上野秀樹, 和田道治
  • Organizer: 日本物理学会 2023 年春季大会
• [Presentation] 第一原理計算によるホイル状態のクラスター構造 (2023)
  • Author(s): 阿部喬
  • Organizer: 日本物理学会 2023 年春季大会
• [Presentation] 新規強誘電体ぺロブスカイト型 RbNbO3 の結晶構造と誘電特性セラミックス (2023)
  • Author(s): 村瀬公俊, 山本文子, 杉山和正, 川又透
  • Organizer: 日本セラミックス協会 2023 年年会
• [Presentation] Laser ionization spectroscopy of neutron-rich Ir isotopes and recent works at KISS (2022)
  • Author(s): M. Mukai
  • Organizer: Workshop on Laser Spectroscopy/Analysis of Radioactive Isotope and Related Topics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of the new helium gas catcher and nuclear mass measurements with the new MRTOF-MS behind the ZeroDegree spectrometer at RIKEN BigRIPS (2022)
  • Author(s): A. Takamine
  • Organizer: The 19th International Conference on Electromagnetic Isotope Separators and Related Topics (EMIS 2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Offline development for collinear laser spectroscopy at the SLOWRI facility (2022)
  • Author(s): M. Tajima, A. Takamine, H. Iimura, M. Wada, S. Kimura, T. Niwase, P. Schury, A. Schuessler, J. Lassen, H. Ueno
  • Organizer: The 19th International Conference on Electromagnetic Isotope Separators and Related Topics (EMIS 2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] β-NMR measurements of neutron-rich isotopes for nuclear structure and materials science (2022)
  • Author(s): A. Gladkov, Y. Ishibashi, H. Yamazaki, Y. Ichikawa, A. Takamine, H. Nishibata, K. Asahi, T. Sato, T. Abe, M. Tajima, S. Go, A. Ozawa, N. Shimizu, T. Fujita, L. C. Tao, T. Egami, D. Tominaga, T. Kawaguchi, M. Sanjo, W. Kobayashi, K. Imamura, Y. Nakamura, G. Georgiev, J. M. Daugas, and H. Ueno
  • Organizer: The 19th International Conference on Electromagnetic Isotope Separators and Related Topics (EMIS 2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multi-reflection time-of-flight mass spectroscopy of superheavy nuclides (2022)
  • Author(s): P. Schury, D. Kaji, M. Wada, T. Niwase, S. Kimura, H. Koura, H. Miyatake, H. Ishiyama, K. Morimoto, M. Rosenbusch, A. Takamine, Y. Hirayama, Y. Ito, Y. X. Watanabe, P. Brionnet, H. Wollnik
  • Organizer: The 19th International Conference on Electromagnetic Isotope Separators and Related Topics (EMIS 2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Construction of the Multi-reflection time-of-flight mass spectrograph (MRTOF-MS) at RAON (2022)
  • Author(s): J. Y. Moon (poster), M. Wada, P. Schury, T. Hashimoto, Y. X. Watanabe, Y. Hirayama, M. Rosenbusch, Y. Ito, S. Iimura, J. Lee, S. Kimura, Z. Korkulu, H. Miyatake, T. Niwase, A. Takamine, H. Wollnik
  • Organizer: The 19th International Conference on Electromagnetic Isotope Separators and Related Topics (EMIS 2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nuclear mass measurements with the new MRTOF-MS system at the ZeroDegree spectrometer of BigRIPS (2022)
  • Author(s): A. Takamine (invited), M. Rosenbusch, M. Wada, S. Iimura, D. Hou, W. Xian, S. Chen, S. Yan, H. Ishiyama, T. Niwase, S. Kimura, Y. Hirayama, Y. Ito, T. Kojima, J. Lee, S. Michimasa, H. Miyatake, J. Y. Moon, M. Mukai, S. Naimi, T. Sonoda, P. Vi, J. M. Yap, T. T. Yeung, H. Wollnik
  • Organizer: 28th International Nuclear Physics Conference (INPC 2022)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] High-spin states in 35S: the promotion of isoscalar pair at high spin (2022)
  • Author(s): S. Go
  • Organizer: 28th International Nuclear Physics Conference (INPC 2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Shell evolution and emerging paradigm changes (2022)
  • Author(s): T. Otsuka
  • Organizer: 28th International Nuclear Physics Conference (INPC 2022)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Spectral optimization of laser for excitation of Rb atoms in superfluid helium in accelerator experiments (2022)
  • Author(s): R. Mitsuyasu et al.
  • Organizer: The 25th Congress of the International Commission for Optics (ICO)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of an efficient fluorescence detection system for radioisotope atoms generated at accelerators (2022)
  • Author(s): S. Akimoto et al.
  • Organizer: The 25th Congress of the International Commission for Optics (ICO)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spectroscopy of exotic nuclei (2022)
  • Author(s): S. Go
  • Organizer: The 21st CNS International Summer School (A3F-CNSSS22)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Laser spectroscopic method for the investigation of nuclear structure utilizing superfluid helium as a host matrix of radioisotope atoms (2022)
  • Author(s): K. Imamura et al.
  • Organizer: 29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optimization of the stopping position of a highly energetic 84Rb atoms injected into superfluid helium (2022)
  • Author(s): K. Kikuchi et al.
  • Organizer: 29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] LIF spectrum analysis for measurement of Rb atomic bubble relaxation time in superfluid helium (2022)
  • Author(s): H. Endo et al.
  • Organizer: 9th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-pressure synthesis of high-entropy chalcogenides with NiAs-type and pyrite-type structures (2022)
  • Author(s): A. Yamamoto
  • Organizer: Workshop on “The Role of Configurational Complexity in Functional High Entropy Oxides
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Alpha-cluster structure from first principles (2022)
  • Author(s): T. Abe
  • Organizer: RIKEN-YITP Workshop “Physics of RI: Recent Progress and Perspectives
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Alpha-cluster structure from first principles (2022)
  • Author(s): T. Abe
  • Organizer: YIPQS long-term workshop “Mean-field and Cluster Dynamics in Nuclear Systems 2022” (MCD2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] モンテカルロ殻模型による第一原理計算の最近の進展 (2022)
  • Author(s): 阿部喬
  • Organizer: 富岳で加速する素粒子・原子核・宇宙・惑星シンポジウム
• [Presentation] ペロフスカイト型および正方晶タングステンブロンズ型構造を有するRbNbO3および関連物質の高圧合成と結晶構造 (2022)
  • Author(s): 山本文子, 村瀬公俊, 佐藤健, 杉山和正, 山根崚
  • Organizer: 第 63 回高圧討論会
• [Presentation] 富岳で探る炭素 12 のホイル状態 (2022)
  • Author(s): 阿部喬
  • Organizer: 富岳で加速する素粒子・原子核・宇宙・惑星シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Rb を含む新規Nb酸化物の高圧合成 (2022)
  • Author(s): 山本文子, 佐藤健, 村瀬公俊, 杉山和正, 山根崚
  • Organizer: 日本セラミックス協会 第 35 回秋季シンポジウム
• [Presentation] パイライト型構造を持つ高エントロピー金属カルコゲナイドの高圧合成と物性 (2022)
  • Author(s): 古井凌太, アンナ ザキヤツル, アシシュ チャイナニ, 山本文子
  • Organizer: 日本物理学会 2022 年秋季大会
• [Presentation] 分散整合二回散乱法による 99Zr アイソマー状態のスピン整列 (2022)
  • Author(s): 篠原悠介, 市川雄一, 郷慎太郎 他 33 名
  • Organizer: 日本物理学会 2022 年秋季大会
• [Presentation] MRTOF と組み合わせた崩壊核分光のための飛行時間検出器の開発 (2022)
  • Author(s): 向井もも, 平山賀一, 渡邉裕, Peter Schury, 鄭淳讃, 宮武宇也, 庭瀬暁隆, 小柳津充宏, Marco Rosenbusch, 上野秀樹, 和田道治
  • Organizer: 日本物理学会 2022 年秋季大会
• [Presentation] 理研 BigRIPS SLOWRI における ZD-MRTOF 装置を用いた中性子過剰 Sc, Ti, V 核の系統的核構造研究 (2022)
  • Author(s): 飯村俊, M. Rosenbusch, 高峰愛子, 和田道治, S. Chen, D. Hou. Liu, W. Xian, S. Yan, P. Schury, 木村創大, 庭瀬暁隆, 伊藤由太, 園田哲, 小島隆夫, 渡辺裕, 平山賀一, 宮武宇也, S. Naimi, 道正新一郎, 西村俊二, 小田原厚子, 石山博恒, 角田佑介, 清水則孝, 大塚孝治
  • Organizer: 日本物理学会 2022 年秋季大会
• [Presentation] KISS での低温ヘリウムガスセル開発 (2022)
  • Author(s): 18.平山賀一, 向井もも, 渡辺裕, P. Schury, S. C. Jeong, 庭瀬暁隆, 小柳津充広, M. Rosenbusch, 谷口秋洋, 宮武宇也, 和田道治
  • Organizer: 日本物理学会 2022 年秋季大会
• [Presentation] 精密質量測定による新同位体 241U の発見 (2022)
  • Author(s): 庭瀬暁隆, 渡辺裕, 平山賀一, 向井もも, P. Schury, N. Andreyev, 飯村俊, 石山博恒, 鄭淳讃, 宮武宇也, M. Rosenbusch, 谷口秋洋, 和田道治
  • Organizer: 日本物理学会 2022 年秋季大会
• [Presentation] 加速器実験における超流動ヘリウム中 Rb 原子励起用レーザーのスペクトル最適化 (2022)
  • Author(s): 光安陸大, 高峰愛子, 今村慧, 秋元彩, 伊藤愛美, 螺良健太, 菊地快, 上野秀樹, 松尾由賀利
  • Organizer: 第 18 回原子・分子・光科学 (AMO) 討論会
• [Presentation] 超流動ヘリウム中レーザー分光のための不安定核原子 84Rb の停止位置最適化 (2022)
  • Author(s): 菊地快, 今村慧, 高峰愛子, 螺良健太, 秋元彩, 伊藤愛美, 光安陸大, Aleksey Gladkov, 田島美典, 郷慎太郎, 向井もも, 遠藤宏紀, 長谷正司, 川田敬太, 西畑洸希, 市川雄一, 北川敦志, 涌井崇志, 上野秀樹, 松尾由賀利
  • Organizer: 第 18 回原子・分子・光科学 (AMO) 討論会
• [Presentation] 超流動ヘリウム中 Rb 原子バブル緩和時間測定に向けたスペクトル解析 (2022)
  • Author(s): 遠藤宏紀, 石井邦彦, 今村慧, 高峰愛子, 竹内由衣花, 田原太平, 上野秀樹, 松尾由賀利
  • Organizer: 第 18 回原子・分子・光科学 (AMO) 討論会
• [Presentation] RI 原子線共鳴装置の開発:イオントラップ部 (2022)
  • Author(s): 今村慧
  • Organizer: 新学術領域研究「宇宙観測検出器と量子ビームの出会い。新た応用の架け橋。」領域研究会 (第 4 回領域全体会議)
  • Invited
• [Presentation] 計画研究 B03 班 高偏極 RI ビームの生成と核・物質科学研究への応用 (2022)
  • Author(s): 上野秀樹
  • Organizer: 新学術領域研究「宇宙観測検出器と量子ビームの出会い。新た応用の架け橋。」領域研究会 (第4回領域全体会議)
  • Invited
• [Remarks] 新学術領域研究 宇宙観測検出器と量子ビームの出会い。新たな応用への架け橋。
  • URL: https://member.ipmu.jp/SpaceTech_to_QuantumBeam/index.html
• [Remarks] 計画研究B03班 高偏極RIビームの生成と核・物質科学研究への応用
  • URL: https://member.ipmu.jp/SpaceTech_to_QuantumBeam/planned-research/b03/index.html
• [Remarks] 理研開拓研究本部 上野核分光研究室
  • URL: https://www.riken.jp/research/labs/chief/nucl_spectro/
• [Remarks] 理研仁科加速器科学研究センター 核構造研究部
  • URL: https://www.riken.jp/research/labs/rnc/nucl_struct/index.html