2017 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
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16H03905
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
福田 光順 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (50218939)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西村 太樹 東京都市大学, 共通教育部, 准教授 (30612147)
武智 麻耶 新潟大学, 自然科学系, 助教 (40570172)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | アイソマー / 反応断面積 / 核半径 |
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| 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いくつか開発した。その一つとして上げられるのが、重イオン用リング・イメージング・チェレンコフ検出器であり、これにより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した結果、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、そのため、センサーとして多重ピクセル光子検出器(MPPC)のアレイを複数台用いる構成で解決を試みた。その結果、システムの問題は解決され、速度分解能もMPPCわずか３台で光電子増倍管６台のシステムに匹敵する性能を達成できた。
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実験を行った。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)が違う２種類の生成方法(反応の種類)を用いて生成した 16N についてそれぞれ反応断面積を測定し、その結果、アイソマー状態と基底状態の間で核半径が有意に異なるという予備的な結果を得た。
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| 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ることが判明した。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。そして、MPPCアレイ6台のシステムを整備して、粒子速度検出器系の完成を見ることができた。
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 アレイを利用することになり、そのシステム入れ替えのために研究計画に遅れが出た。
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| Strategy for Future Research Activity |
完成したシステムを用いて、放射線医学総合研究所などの加速器施設において順次質量数の大きなアイソマーの核半径測定を進めていく。
それと同時に、既に測定を行った 16N(0-)アイソマー状態についてのデータ解析を進め、最終的な結果を得る。
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[Journal Article] 重粒子線による核反応断面積の研究2018
Author(s)
福田光順, 武智麻耶, 西村太樹, 田中聖臣, 大西康介, 杉原貴信, 八木翔一, KEHL Ronja, 柳原陸斗, 三原基嗣, 松多健策, 泉川卓司, 鈴木健, 山口貴之, 町田聖寛, 森口哲朗, 鈴木伸司, 百田佐多生, 福田茂一, 佐藤眞二, 北川敦志 et al.
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Journal Title
2017 Annual Report of the Research Project with Heavy Ions at NIRS-HIMAC
Volume: QST-R-8
Pages: 131-132
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