Lifetime measurements of highly charged radioactive ions in storage rings

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H01123
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 山口 貴之 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (10375595)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山口 由高 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 技師 (40415328) ; 洲嵜 ふみ 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究職 (70779727)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 実験核物理 / 蓄積リング / 多価イオン / RIビーム

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、理研RIBFの蓄積リング（稀少RIリング）に独自の改良を加え、多価イオン状態の不安定核の寿命を飛行中に測定できるようにすることである。R2年度はコロナ禍のため加速器のビーム利用が制限されたが、以下に述べる成果を得た。
(1) 稀少RIリングの入射軌道（セプタム磁石からキッカー磁石まで）を調整するための、汎用的な位置検出器を開発した。ビーム診断装置であり本測定時には使用しないため、その動作は簡単で複雑な調整なしに確実に動作することが望まれる。2つの検出器を開発した。1つ目は楔形プラスチックシンチレーターのエネルギー損失を利用した位置検出器である。光電子増倍管のパルス波高と位置の相関を利用する。分解能0.8mmを達成した。2つ目は短冊状に配置したプラスチックシンチレータ棒からの発光をライトガイドを通してMPPCでまとめ読み出しする方式で、分解能0.9mmを達成した。どちらの検出器も時間分解能が60~70psと十分によく、汎用検出器として使用できることが分かった。(2) デルタ線（高エネルギー電子）を利用した周回ビームモニターをビーム試験し、その基本性能を評価した。さらにその結果に基づき、稀少RIリング用に最適化した試作機を製作してビーム試験を行った。アルミニウム薄膜からのデルタ線をプラスチックシンチレータと光電子増倍管で読みだす方式で、検出効率ほぼ100%、時間分解能250psを得た。放射線損傷や高計数率に耐えうる仕組みであるため、大強度2次ビーム実験の飛行時間検出器としても使えることが分かった。実機を稀少RIリングに設置し、蓄積粒子の周回周期の測定に成功した。開発した検出器はいずれも投稿論文にするための準備を進めている。また、ドイツGSI研究所で行った多価イオン状態のTl-205の束縛状態ベータ崩壊の解析を進め予備的な結果を得た。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] GSI/Max-Planck Institute/Giessen Univ.(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: GSI/Max-Planck Institute/Giessen Univ.
  • # of Other Institutions: 4
• [Int'l Joint Research] IMP/Beihang Univ.(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: IMP/Beihang Univ.
• [Journal Article] Experimental Challenges of the First Mass Measurement Campaign at the Rare-RI Ring (2020)
  • Author(s): S. Naimi, H.F. Li, Y. Abe, Y. Yamaguchi, D. Nagae, F. Suzaki, M. Wakasugi, H. Arakawa, W. Dou, D. Hamakawa, et al.
  • Journal Title: J. Phys. Conf. Series Volume: 1643 Pages: 012058/1-6
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1643/1/012058
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mass measurements for the Tz = －2 fp-shell nuclei 40Ti, 44Cr, 46Mn, 48Fe, 50Co, and 52Ni (2020)
  • Author(s): C. Y. Fu, Y. H. Zhang M. Wang, X. H. Zhou, Yu. A. Litvinov, K. Blaum, H. S. Xu, X. Xu, P. Shuai, Y. H. Lam, R. J. Chen, X. L. Yan, X. C. Chen, J. J. He, S. Kubono, M. Z. Sun, X. L. Tu, Y. M. Xing, Q. Zeng, X. Zhou, W. L. Zhan, S. Litvinov, G. Audi, T. Uesaka, T. Yamaguchi, A. Ozawa, B. H. Sun, Y. Sun, F. R. Xu,
  • Journal Title: Phys. Rev. C Volume: 102 Pages: 054311/1-11
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.102.054311
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development and operation of an electrostatic time-of-flight detector for the Rare RI storage Ring (2020)
  • Author(s): D. Nagae, Y. Abe, S. Okada, S. Omika, K. Wakayama, S. Hosoi, S. Suzuki, T. Moriguchi, M. Amano, D. Kamioka, et al.
  • Journal Title: Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A Volume: 986 Pages: 164713/1-7
  • DOI: 10.1016/j.nima.2020.164713
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Nuclear physics research at heavy ion accelerators: Precision studies with stored and cooled exotic nuclei (2020)
  • Author(s): Yu.A. Litvinov, Th. Stoehlker, X.W. Ma, Y.H. Zhang, T. Yamaguchi,
  • Journal Title: J. Phys. Conf. Ser. Volume: 1401 Pages: 012001/1-9
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1401/1/012001
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Efficiency and timing performance of time-of-flight detector utilizing thin foils and crossed static electric and magnetic fields for mass measurements with Rare-RI Ring facility (2020)
  • Author(s): S. Suzuki, A. Ozawa, D. Kamioka, Y. Abe, M. Amano, H. Arakawa, Z. Ge, K. Hiraishi, Y. Ichikawa, K. Inomata, A. Kitagawa, T. Kobayashi, H. F. Li, T. Matsumoto, T. Moriguchi, M. Mukai, D. Nagae, S. Naimi, S. Omika, S. Sato, Y. Tajiri, K. Wakayama, T. Yamaguchi,
  • Journal Title: Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A Volume: 965 Pages: 163807/1-14
  • DOI: 10.1016/j.nima.2020.163807
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of a new in-ring beam monitor in the Rare-RI Ring (2020)
  • Author(s): S. Omika, T. Yamaguchi, N. Tadano, Y. Abe, M. Amano, Z. Ge, D. Kamioka, T. Moriguchi, D. Nagae, S. Naimi, A. Ozawa, F. Suzaki, S. Suzuki, T. Suzuki, T. Uesaka, M. Wakasugi, K. Wakayama, Y. Yamaguchi,
  • Journal Title: Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B Volume: 463 Pages: 241-243
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2019.05.029
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Improving the resolving power of Isochronous Mass Spectrometry by employing an in-ring mechanical slit (2020)
  • Author(s): J.H. Liu, X. Xu, P. Zhang, P. Shuai, X.L. Yan, Y.H. Zhang, M. Wang, Yu.A. Litvinov, H.S. Xu, K. Blaum, et al.
  • Journal Title: Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B Volume: 463 Pages: 138-142
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2019.06.007
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 稀少RIリングのためのプラスチックシンチレータを用いた位置検出器の開発 (2020)
  • Author(s): 濱川大貴
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] 稀少RIリングにおける周回周期の測定のためのデルタ線検出器の性能評価 (2020)
  • Author(s): 梶木大輔
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会