2016 Fiscal Year Annual Research Report
GT transitions built on excited states by establishing isomer beam experiments
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15H03672
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
酒井 英行 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 部長 (90030030)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 実験核物理 / アイソマービーム / 荷電交換核反応 / ガモフテラー遷移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高温高密度状態にある星の内部や(超)新星爆発過程では、原子核の励起状態を経由する核反応やベータ崩壊は重要な寄与をする。しかしながら、励起状態核を標的とする核反応実験は従来不可能だと考えられ研究されたことがなく情報が全くなかった。アイソマーを含んだ不安定核ビームを利用すれば、励起状態を標的とする核反応を実現させられる。本研究では、①励起状態にあるアイソマーの弁別手法(アイソマータッギング)の基盤的技術開発と②アイソマー状態をより多く含む破砕核反応を実験的に見つけるのが目的である。
破砕核反応で製造された二次ビームの粒子が、アイソマー状態にあるのか基底状態にあるのかの弁別は、不安的核製造分離ビームラインを利用した粒子の飛行時間測定(TOF法)を利用して粒子の全質量を求めることから決める。そこでは超高速ビーム検出器とその測定回路系が本質的役割を果たす。そのために応答速度の早い検出器と回路系の整備・開発を行ってきた。昨年度は検出器の開発を行ったが、今年度は主として早い回路系の整備を行った。
一方、アイソマー状態核の製造には破砕核反応が使われる。そのアイソマー製造効率R（目的とする核の中でアイソマー状態にある核の比率）は、アイソマー状態の構造に強く依存することが知られている。概ねR= 20-30%程度である。今年度は、最初に実験を計画している52Fe(12+)アイソマー状態核についてのR値の測定を、破砕核反応について行った。
本研究で得られた時間分解能についての結果は、2016年9月16日にオーストラリアのアデレード市で開催された、原子核国際会議(INPC2016)於いて道正新一郎により口頭発表された。また、R値の測定結果は、2017年3月18日に大阪大学で開催された日本物理学会に於いて川田敬太により口頭発表された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
アイソマー状態核の弁別は、不安的核製造分離ビームライン(BigRIPS)における二次粒子の飛行時間測定(TOF法)を利用して行う。そこでは超高速ビーム検出器とその測定回路系が本質的役割を果たす。そのために昨年度、手持ちの小型多結晶ダイヤモンド検出器を用いて、理研RIBFからの二次RIビームを用いてその性能テストの実験を行った。その結果、例えば54Ca近傍核で、ダイヤモンドの固有時間分解能5ps(シグマ)、ダイヤモンド＋TOF計測システムによる時間分解能12ps(シグマ)という結果を得た。この結果から、更に時間分解能を上げるには、回路系の改良が不可欠であると考え早い回路（高速プリアンプCIVIDEC社製）系の整備と開発を今年度は行った。また更なる高分解能化を目差して、ダイヤモンド検出器の素材を従来の多結晶タイプでなく単結晶タイプのものも試してみることとした。単結晶ダイヤモンド検出器（5mm×5mm×0.2mm アドフューテック社製）を開発・購入することとし、最終形に近い検出器と測定系を整備した。いずれにせよ既に、28ps(FWHM)時間分解能(2台の検出器合計で40ps(FWHM))を実現しており、当初目標を達成できた。
一方、最終実験の前にアイソマー製造効率（アイソマー比Rと呼ぶ）を調べておくことが必要不可欠である。その目的のために、NIRS-HIMACからのニッケル58重イオンビーム(350 MeV/u)を使い,鉄52の12+アイソマー状態についてアイソマー比Rを求める測定を遂行した。58Ni→52Fe+3p3n破砕核反応である。予備的な解析から、R値が1％以下という予想外に小さな製造効率であることが明らかになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までの進捗状況で報告したように、時間分解能については当初目標を上回る28ps(FWHM)(2台の検出器合計で40ps(FWHM))を実現し、当初目標を達成した。
その一方で、最初のアイソマー(p,n)実験に使うことを想定していた鉄52の12+アイソマー状態が、破砕核反応を使ってニッケル58核から製造するのは極めて難しことが、NIRS-HIMACでのアイソマー比Rの測定実験で判明した。R<1%であったが、破砕核反応を使った他の核のアイソマー製造測定からはR=20-30%であるのが知られている。因みに我々も今回の測定から54Co核の7+アイソマーについてはR≒30%という従来から知られている他の核のアイソマー励起のR値を得ている。鉄52の12+アイソマー製造効率が、なぜこの様に小さな値になったかの原因を明らかにするのは極めて重要である。理論的にも面白い課題であり、国内外の関連研究者と連携して原因を追及する。その検討過程で出来れば30％程度のR値を実現できる核反応(破砕核反応とは限らず)の提案を目指したい。
同時に本研究で得られた一連の結果・知見を論文としてまとめる。
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