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2016 Fiscal Year Annual Research Report

反応断面積によるアイソマー状態の核半径測定法開発とその宇宙物理学への応用

Research Project

Project/Area Number 16H03905
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

福田 光順  大阪大学, 理学研究科, 准教授 (50218939)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 西村 太樹  東京理科大学, 理工学部物理学科, 助教 (30612147)
武智 麻耶  新潟大学, 自然科学系, 助教 (40570172)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywordsアイソマー / 反応断面積 / 核半径
Outline of Annual Research Achievements

原子核の基底状態と大きく違う性質を持つアイソマー状態は、原子核物理学として大いに興味深い研究対象であるだけでなく、いくつかの場合は宇宙物理学の観点からもその重要性が指摘されている。そこで、原子核衝突の確率である反応断面積という物理量を用いてアイソマー状態の核半径を測定する手法を確立するため、新しい粒子検出器を開発中である。その一つとして、重イオン用リング・イメージング・チェレンコフ検出器を開発し、粒子速度の超高分解能測定を目指した。そのため、位置感応型光電子増倍管6台をチェレンコフ光センサーとして用い、チェレンコフ光リングの半径をこの6台のセンサーにより計測するシステムを開発した。そして、放射線医学総合研究所HIMAC重イオンシンクロトロン施設のビームを利用してテストを行った。その結果、132Xe 420A MeV のビームに対して、速度分解能δβ/β = 0.05 % という極めて良い値を達成することに成功した。ただし、全体のシステムに問題を発見したので、センサーの種類を含むシステム全体の構成に見直しを迫られている。
アイソマーの核半径測定の最初の候補である 16N(0-) 状態についても平行して予備実験をしてきている。入射核破砕反応など高エネルギー重イオン反応により生成されるときの、アイソマーと基底状態の割合(アイソマー比)を生成方法(反応の種類)や生成された 16N の縦・横方向運動量の関数として調べた。その結果、アイソマー比の大きく違う条件を発見し、本測定のためのめぼしい条件が候補としてあげられるに至っている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

粒子速度の高分解能検出器として開発してきているリング・イメージング・チェレンコフ検出器に関して、光子センサーとして位置感応型光電子増倍管を用いたシステムのテストを行った結果、分解能自体は極めて良い値を記録したが、信号処理系・データ収集系に問題があることが発覚した。そのため、その後この検出器の実用化を検討するに当たり、光子センサーとしては最新の検出素子である MPPC (Multi-Pixel Photon Counter) アレイを用いることにより、その問題を克服できそうなことが判明した。また、この素子を用いることで検出器システム全体の基本性能が向上できる見通しも持てた。そのため、まずは、この MPPC アレイ3台を用いたシステムを製作し、放射線医学総合研究所HIMACにてテスト実験を行った。その結果は良好で、MPPC アレイ3台で既に光電子増倍管6台に匹敵する速度分解能 δβ/β = 0.05 % for 420A MeV 132Xe の達成に成功した。
以上のような経緯で、光子センサーとして光電子増倍管の代わりに、MPPC アレイが利用できる見通しが立った。

Strategy for Future Research Activity

MPPC アレイが有効に利用できる見通しが立ったので、今後は、このアレイ6台もしくは8台からなるシステムを構成し、それに対応できる信号処理系・データ収集系を構築することでシステムの完成を目指す。
その他の検出器の整備・最適化も同時に進め、完成後はそれらを用いて、まず 16N(0-) アイソマー状態の本測定を行う。その後、さらに質量数の大きなアイソマーの測定に挑戦する。

  • Research Products

    (11 results)

All 2018 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] Institute of Nuclear Physics(カザフスタン)

    • Country Name
      KAZAKHSTAN
    • Counterpart Institution
      Institute of Nuclear Physics
  • [Int'l Joint Research] ケルン大学(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      ケルン大学
  • [Journal Article] 重イオン用リング・イメージング・チェレンコフ検出器の開発2018

    • Author(s)
      八木翔一
    • Journal Title

      大阪大学理学研究科物理学専攻修士論文

      Volume: 1 Pages: 1-78

  • [Journal Article] 重イオン粒子識別のためのRing-imaging Cherenkov Counter の 開発と性能評価2018

    • Author(s)
      町田聖寛
    • Journal Title

      東京理科大学大学院理工学研究科物理学専攻修士論文

      Volume: 1 Pages: 1-122

  • [Journal Article] 生成反応の違いによる 16N アイソマー比の変化2018

    • Author(s)
      山口滉太
    • Journal Title

      新潟大学理学部物理学科卒業論文(学士)

      Volume: 1 Pages: 1-40

  • [Journal Article] アイソマー状態と基底状態における 16N の核半径2018

    • Author(s)
      富田瑞樹
    • Journal Title

      新潟大学理学部物理学科卒業論文(学士)

      Volume: 1 Pages: 1-43

  • [Journal Article] 重粒子線による核反応断面積の研究2017

    • Author(s)
      福田光順,武智麻耶,西村大樹,田中聖臣,田中悠太郎,杜航,大西康介,杉原貴信,八木翔一,中村翔健,堀太地,柳原陸斗,三原基嗣,松多健策,泉川卓司,本間彰,宮田恵理,西塚賢治,池田彩夏,神田直人,星野寿春,大坪隆,加藤郁磨,藤井朋也,鈴木健,山口貴之,町田聖寛,森口哲朗,百田佐多生,福田茂一,佐藤眞二,北川敦志 et al.
    • Journal Title

      2016 Annual Report of the Research Project with Heavy Ions at NIRS-HIMAC

      Volume: QST-R-6 Pages: 157-158

  • [Journal Article] Development of high resolution TOF detector for RI beams using Cherenkov radiation2017

    • Author(s)
      E. Miyata, M. Takechi, T. Ohtsubo, M. Fukuda, D. Nishimura, K. Abe, K. Aoki, A. Ikeda, T. Izumikawa, H. Oikawa, K. Ohnishi, S. Ohmika, I. Kato, Y. Kanke, et al.
    • Journal Title

      Acta Phys. Polonica B

      Volume: 48 Pages: 409-414

    • DOI

      10.5506/APhysPolB.48.409

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 重イオン用 Ring-Imaging Cherenkov Counter の開発と性能評価2017

    • Author(s)
      町田聖寛
    • Organizer
      日本物理学会第72回年次大会
  • [Presentation] チェレンコフ放射を利用した不安定核ビーム高時間分解能検出器の研究 III2017

    • Author(s)
      宮田恵理
    • Organizer
      日本物理学会第72回年次大会
  • [Presentation] Development of High Resolution TOF detector for RI Beams using Cherenkov Radiation2016

    • Author(s)
      武智麻耶
    • Organizer
      ZAKOPANE Conference on Nuclear Physics
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-12-17  

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