r-過程解明に向けたブランクスポット領域核の質量測定開拓

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H02096
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 宮武 宇也 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, 教授 (50190799)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平山 賀一 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, 研究機関講師 (30391733) ; 石山 博恒 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, 研究機関講師 (50321534) ; 渡邉 裕 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, 研究機関講師 (50353363)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: レーザー共鳴イオン化 / 多重反射型飛行時間測定式質量測定器

Outline of Annual Research Achievements

本研究で測定対象としているタングステン（Z=74)から白金(Z=78)までの中性子過剰短寿命核をレーザー共鳴イオン化するため、イオン化経路探索が必要であった。そのためにH26年から開発を進めていた質量分離可能なイオン化テストチェンバーを完成させ性能確認を行った。この装置による系統的探索を続行している。ビーム実験においては、198,199Pt同位体に対するレーザーの共鳴波長分布を測定できた。この情報はレーザー波長を広げてイオン化効率を向上させる上で貴重である。他方、この測定によって得られた超微細構造分岐から、未知であった199Ptの核磁気モーメントが得られる見通しである。
共鳴イオン化した元素はアルゴンと結合した分子状イオンとなって、イオン化効率の低減及び本測定におけるバックグランド源となっていた。そこで効率向上の開発では、アルゴンガスセル直下流のイオン引出し系であるイオンガイドを直列２段構造とし、その間隙に電場を印加することで、分子状イオンの乖離に成功した。
本研究に用いる元素選択型質量分離器(KISS)への多重反射型飛行時間式質量測定器(MR-TOF)導入に向けた入射系の開発では、同様の入射部を持つガス充填型反跳イオン分析器(GARIS)に結合されたMR-TOFのよる質量測定実験において、日常的開発を進めた。ちなみにGARIS+MR-TOFの実験では、重原子核領域での質量精密測定に成功した。
入射部の中心部をなすヘリウムガスセルクーラーバンチャーのオフライン開発では、ガスセルからのイオン引き出しに用いる高周波カーペットの効率(~100%)が測定できた。目標とする全系での測定効率30%以上は、充分達成できる見通しである。

Current Status of Research Progress

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

Reason

イオン化経路の系統的探索については、当初計画よりも若干の遅れはあるが、日常的試験ができる環境が整備されたことで、今後の進展が望める。
他方、KISSイオン化効率向上という観点からは、本研究計画に含めていなかったガスセルチャンバー内の改造により、大いに改善が図られた。
またMR-TOFのKISS入射部の開発研究は順調に進展しており、来年度には予定通り実機を完成させられるであろう。
MR-TOF用ビームラインの設置については、当初要求の予算額削減のため、本年度製作は断念したので、来年度費用およびKEKの運行金での建設を検討する。

Strategy for Future Research Activity

懸案となる項目は、MR-TOF用のKISSビームライン増設を本年度見送った点にある。他方、MR－TOF及び入射部の開発は順調であった。そこで、来年度は、一部計画を変更して、MR-TOFと入射部を結合させた全系の性能試験を、現状のオフライン試験の場所で進めたい。この系には、独自の試験用イオン源も搭載される予定なので、KISSからのビームを使わずとも当初の計画に沿った開発研究が行える。
KISSビームライン設置は、既存チャンバーなどの有効利用を追求し、コスト削減に務めたうえで、科研費の一部およびKEKの運営費交付金で遂行することとし、今年度内のMR-TOF系のKISSビームらいへの組み込みを目指したい。

Remarks

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Research Products

• [Int'l Joint Research] 基礎科学研究院(Institute for Basic Science)(韓国)
  • Country Name: KOREA (REP. OF KOREA)
  • Counterpart Institution: 基礎科学研究院(Institute for Basic Science)
• [Int'l Joint Research] KU Leuven university(ベルギー)
  • Country Name: BELGIUM
  • Counterpart Institution: KU Leuven university
• [Journal Article] On-line experimental results of an argon gas cell-based laser ion source (KEK Isotope Separation System) (2016)
  • Author(s): Hirayama, Y., Watanabe, Y.X., Imai, N., Ishiyama, H., Jeong, S.C., Jung, H.S., Miyatake, H., Oyaizu, M., Kimura, S., Mukai, M., Kim, Y.H., Sonoda, T., Wada, M., Huyse, M., Kudryavtsev, Y., Van Duppen, P.
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms Volume: 376 Pages: 52-56
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2016.03.031
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Search for efficient laser resonance ionization schemes of tantalum using a newly developed time-of-flight mass-spectrometer in KISS (2016)
  • Author(s): Mukai, M., Hirayama, Y., Ishiyama, H., Jung, H.S., Miyatake, H., Oyaizu, M., Watanabe, Y.X., Kimura, S., Ozawa, A., Jeong, S.C., Sonoda, T.
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms Volume: 376 Pages: 73-76
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2016.02.017
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Beta-decay spectroscopy of r-process nuclei around N = 126 (2016)
  • Author(s): HIrayama, Y., Miyatake, H., Watanabe, Y.X., Imai, N., Ishiyama, H., Jeong, S.C., Jung, H.S., Oyaizu, M., Mukai, M., Kimura, S., Sonoda, T., Wada, M., Kim, Y.H., Huyse, M., Kudryavtsev, Yu., Van Duppen, P.
  • Journal Title: European Physical Journal Volume: 109 Pages: 08001
  • DOI: 10.1051/epjconf/201610908001
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Status of the low-energy super-heavy element facility at RIKEN (2016)
  • Author(s): Schury, P., Wada, M., Ito, Y., Arai, F., Kaji, D., Kimura, S., Morimoto, K., Haba, H., Jeong, S., Koura, H., Miyatake, H., Morita, K., Reponen, M., Ozawa, A., Sonoda, T., Takamine, A., Wollnik, H.
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2016.02.061
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of the detector system for β-decay spectroscopy at the KEK Isotope Separation System (2016)
  • Author(s): Kimura, S., Ishiyama, H., Miyatake, H., Hirayama, Y., Watanabe, Y.X., Jung, H.S., Oyaizu, M., Mukai, M., Jeong, S.C., Ozawa, A.
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pathway for the production of neutron-rich isotopes around the N=126 shell closure (2015)
  • Author(s): Watanabe, Y.X.,Kim, Y.H., Jeong, S.C., Hirayama, Y., Imai, N., Ishiyama, H., Jung, H.S., Miyatake, H., Choi, S., Song, J.S., Clement, E., De France, G., Navin, A., Rejmund, M., Schmitt, C., Pollarolo, G., Corradi, L., Fioretto, E., Montanari, D., Niikura, Mi, Suzuki, D., Nishibata, H., Takatsu, J.
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 115 Pages: 172503
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.172503
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Laser ion source for multi-nucleon transfer reaction products (2015)
  • Author(s): Hirayama, Y., Watanabe, Y.X., Imai, N., (...), Kudryavtsev, Yu., Van Duppen, P.
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms Volume: 353 Pages: 4-15
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2015.04.001
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Experimental study of multinucleon transfer reactions of 136Xe + 198Pt for KISS project (2016)
  • Author(s): Y.X. Watanabe
  • Organizer: 8th Japan-Italy Symposium
  • Place of Presentation: 理化学研究所(埼玉県、和光市）
  • Year and Date: 2016-03-07 – 2016-03-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Experimental study of multi-nucleon transfer reactions of 136Xe + 198Pt for KISS project (2015)
  • Author(s): Y.X. Watanabe
  • Organizer: The 9th Japan-China Joint Nuclear Physics Symposium (JCNP 2015)
  • Place of Presentation: 大阪大学銀杏会館（大阪府、吹田市）
  • Year and Date: 2015-11-07 – 2015-11-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Beta-decay spectroscopy of r-process nuclei around N = 126 (2015)
  • Author(s): Y. Hirayama
  • Organizer: Origin of Matter and Evolution of Galaxies (OMEG2015)
  • Place of Presentation: Beijin, China
  • Year and Date: 2015-06-24 – 2015-06-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Search for efficient laser resonance ionization schemes of tantalum using a newly developed time-of-flight mass-spectrometer in KISS (2015)
  • Author(s): M. Mukai
  • Organizer: International Conference on Electromagnetic Isotope Separators and Related Topics (EMIS)
  • Place of Presentation: Michigan, USA
  • Year and Date: 2015-05-11 – 2015-05-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of the detector system for β-decay spectroscopy at the KEK Isotope Separation System (2015)
  • Author(s): S. Kimura
  • Organizer: International Conference on Electromagnetic Isotope Separators and Related Topics (EMIS)
  • Place of Presentation: Michigan, USA
  • Year and Date: 2015-05-11 – 2015-05-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Status of the low-energy super-heavy element facility at RIKEN (2015)
  • Author(s): Schury, Peter
  • Organizer: International Conference on Electromagnetic Isotope Separators and Related Topics (EMIS)
  • Place of Presentation: Michigan, USA
  • Year and Date: 2015-05-11 – 2015-05-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] On-line experimental results of an argon gas cell-based laser ion source (KEK Isotope Separation System) (2015)
  • Author(s): Y. Hirayama
  • Organizer: International Conference on Electromagnetic Isotope Separators and Related Topics (EMIS)
  • Place of Presentation: Michigan, USA
  • Year and Date: 2015-05-11 – 2015-05-15
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] IGLIS-net
  • URL: http://research.kek.jp/group/kekrnb/iglis-net/
• [Remarks] KEK RNB Group
  • URL: http://research.kek.jp/group/kekrnb/