孤立系ミュオン原子のラジカル反応に関する研究

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14J01738
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 吉田 剛 大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Keywords: ミュオン原子 / 飛行時間型質量分析計 / 多価イオン / クーロン爆発 / イオン加速 / レーザーアブレーション / 希ガス元素 / ラジカル反応

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、未だ単離された報告の無いミュオン原子を単離し、その化学反応を観察することで、化学種としてのミュオン原子の可能性を切り開くことを目的にしている。そのために、本研究では、１）PTFEターゲットでのミュオン原子生成、２）電磁相互作用によるミュオン原子の分離、３）分離後のミュオン原子ビームの強度確認、４）気体固化ターゲットでのミュオン原子ビーム生成、５）ミュオン原子ビームの利用と順を追って研究を進めていく。
平成２７年度は、昨年度開発した装置（ミュオン原子TOF実験装置）の試運転および性能評価を行った。装置は真空チェンバー、ミュオン原子イオン発生用ターゲットおよび加速用電極、検出器（MCP）の３つから構成され、PTFEターゲットからミュオン原子を生成し、TOF型質量分析計の原理を用いてミュオンF原子イオンを単離することを目的としている。Figure 1に装置の概要を示す。本装置で加速器実験を行う前に、予備実験として、本装置を用いてレーザーアブレーションによる金属板からのイオン発生・加速実験を行い、TOFスペクトルを取得した。Figure 2にターゲットに銅板を用いたときの結果を示す。結果からは39Kと41K、63Cuと65Cuが天然の同位体存在比で検出でき、装置が正常に動作することを確認できた。また、ピークの半値幅より求めた質量分解能は、R=300程度と目標の191を上回ることが確認できた。
平成２６年度に引き続き平成２７年度も、ビームタイムとして加速器施設J-PARCでの実験を２日間許可された。本年は６月にPTFEターゲット、１０月以降に気体固化ターゲットを用いた実験をJ-PARCにて行い、上記項目の１～４を確認する。そして、ミュオン原子ビームの利用について道筋を立てる予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

加速器施設の都合により、前年度申請した課題は延期され、今年度に実施することとなった。装置の調整は既に終了しており、いつでも加速器実験に臨むことができる。レーザーアブレーションによる金属板表面からのイオン発生・加速実験においても、同位体を天然の存在比通りに検出することができた。質量分解能についても、R=300と、要求値であるR=191を上回る分解能を確認できた。

Strategy for Future Research Activity

平成２８年度は、前年度に利用申請していた加速器実験を１件、そして、今年度新たに利用申請した加速器実験を１件行う予定である。２件目の実験では、レーザー加工により表面積を増大させたPTFEフィルムを用いてミュオン原子の収率向上に取り組む。また、冷凍機で固化させたアルゴンガスターゲットからのミュオンアルゴン原子の取り出しも実施する予定である。
８月にはフィンランドで開催される国際学会NRC9にて発表を１件行う予定である。その他、国内でも学会発表を２件予定している。また、加速器実験で得られた結果をまとめ、本年度中に論文として投稿する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Chemical Environmental Effects on Muon Transfer Process in Low Pressure Mixture Gases; H2 + CO and H2 + CO2 (2016)
  • Author(s): Go YOSHIDA, Kazuhiro NINOMIYA, Makoto INAGAKI, Wataru HIGEMOTO, Naritoshi KAWAMURA, Koichiro SHIMOMURA, Yasuhiro MIYAKE, Taichi MIURA, Michael Kenya KUBO, Atsushi SHINOHARA
  • Journal Title: Radioisotopes Volume: 65 Pages: 113, 118
  • DOI: 10.3769/radioisotopes.65.113
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Elemental Analysis System with Negative-Muon Beam (2015)
  • Author(s): Takahito OSAWA, Kazuhiro NINOMIYA, Go YOSHIDA, Makoto INAGAKI, Kenya M. Kubo, Naritoshi KAWAMURA, Yasuhiro MIYAKE
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 8 Pages: 025003-1, 6
  • DOI: 10.7566/JPSCP.8.025003
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Development of a Non-Destructive Analysis System with Negative Muon Beam for Industrial Devices at J-PARC MUSE (2015)
  • Author(s): Motonobu Tampo, Kouji Hamada, Naritoshi Kawamura, Makoto Inagaki, Takashi U. Ito, Kenji M. Kojima, Kenya M. Kubo, Kazuhiko Ninomiya, Patrick Strasser, Go Yoshida, Yasuhiro Miyake
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 8 Pages: 036016-1, 6
  • DOI: 10.7566/JPSCP.8.036016
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Muonic Atom Formation by Muon Transfer Process in C6H6 or C6H12 and CCl4 Mixtures (2015)
  • Author(s): Makoto Inagaki, Kazuhiko Ninomiya, Kazuya Fujihara, Go Yoshida, Yoshitaka Kasamatsu, Michael K. Kubo, Wataru Higemoto, Naritoshi Kawamura, Takashi Nagatomo, Yasuhiro Miyake, Taichi Miura, Atsushi Shinohara
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 8 Pages: 033004-1, 6
  • DOI: 10.7566/JPSCP.8.033004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] TOF型質量分析計を用いたミュオン原子取り出し装置の開発 (2016)
  • Author(s): 吉田 剛, 二宮 和彦, 稲垣 誠, 豊田 岐聡, 青木 順, 河村 成肇, 篠原 厚
  • Organizer: 原子衝突学会第40回年会
  • Place of Presentation: 首都大学東京南大沢キャンパス（八王子市）
  • Year and Date: 2016-09-30 – 2016-10-01
• [Presentation] C,O原子に対するミュオン捕獲過程の化学構造による変化 (2016)
  • Author(s): 吉田剛, 二宮和彦, 稲垣誠, 篠原厚, 髭本亘, 河村成肇, 下村浩一郎, 三宅康博, 三浦太一, 久保謙哉
  • Organizer: 日本化学会 第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス（京田辺市）
  • Year and Date: 2016-03-24 – 2016-03-27
• [Presentation] Muonic atom formation processes for low pressure gaseous molecules (2016)
  • Author(s): G. Yoshida, K. Ninomiya, M. Inagaki, R. Nakagaki, T.U. Ito, W. Higemoto, T. Nagatomo, P. Strasser, N. Kawamura, K. Shimomura, Y. Miyake, T. Miura, K. Ishida, K. Kubo, A. Shinohara
  • Organizer: 理研シンポジウム：ミュオン科学応用の最先端
  • Place of Presentation: 理化学研究所（和光市）
  • Year and Date: 2016-02-16 – 2016-02-16
• [Presentation] Muonic atom formation processes for carbon containing molecules (2015)
  • Author(s): Go Yoshida, Kazuhiko Ninomiya, Makoto Inagaki, Wataru Higemoto, Takashi U. Ito, Naritoshi Kawamura, Kohichiro Shimomura, Yasuhiro Miyake, Taichi Miura, Kenya M. Kubo, Atsushi Shinohara
  • Organizer: the XXIX International Conference on Photonic, Electronic, and Atomic Collisions (ICPEAC 2015)
  • Place of Presentation: Sala Toledo of El Greco Conference Center (Toledo, Spain)
  • Year and Date: 2015-07-22 – 2015-07-28
  • Int'l Joint Research