2017 Fiscal Year Annual Research Report
Exotic structure of very neutron-rich nuclei --- Search for shape coexistence and clarifying its mechanism
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17H02891
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
下田 正 大阪大学, その他部局等, 名誉教授 (70135656)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小田原 厚子 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (30264013)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 中性子過剰核の構造 / island of inversion / 核スピン偏極 / ベータ遅発崩壊 / 32Mgと33Alの構造 / 変形共存 / レーザー光ポンピング / 中性子検出器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、中性子魔法数20付近の中性子過剰核において、殻模型的な描像と核子相関がもらたす集団運動的描像がどのようにせめぎ合うのかを明らかにすることを目指して、32Mg や 33Al の核構造を解明することを目的としている。この領域の中性子過剰核の構造の異常性が指摘されて30年近くになるが、核構造の指標となる各準位のスピン・パリティを同定する難しさが研究の進展を阻んできた。我々は独自の手法の開発に成功した。それは、不安定核のスピンを偏極させ、そのベータ崩壊の空間的非対称度と引き続いて放出される中性子とガンマ線を同時に計測することによって、娘核準位一つひとつのスピン・パリティを精度よく決定できるというものである。この手法の有効性によって、40年前に発見されて以来構造がほとんど未知の 31Mg において、変形共存現象を発見することができた。
本研究が目的とする 32Mg や 33Al はさらに中性子過剰方向に位置する。これらの不安定核の研究には、それぞれ、32Na および 33Mg という不安定核を核反応によって生成し、それらのスピンの向きを揃える（偏極させる：レーザー光ポンピング法を用いる）必要があるが、生成量が毎秒数十個と少ないうえに、レーザー光ポンピングに不可欠な情報である原子の超微細構造が未知という困難がある。さらに、これらの核はベータ崩壊に引き続き中性子を放出する確率が高く、中性子を高いエネルギー精度で検出する必要がある。
平成29年度は、実験に先立って必要な、以下の３つの課題に取り組んだ。１．高検出効率をもつガンマ線検出器系の整備、２．広いエネルギー範囲をカバーする中性子検出器系の開発、３．生成量が非常に少なく、かつ、原子の超微細構造が未知の不安定核のスピン偏極を可能とする新たなレーザー分光法の開発。
１と３は完了し、２は平成30年度への繰り越しを経て完了した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
「研究実績の概要」で述べた課題１については、比較的大きな検出効率を持つ、N型Geコアキシャル検出器を購入し、期待される性能を確認した。さらに検出器系に組み込むためのアダプター等を製作した。現地での組み込みを待つ状態にある。
課題２については、中性子の飛行時間が一定となる湾曲したプラスチックシンチレーターの開発に取り組んだ。広いエネルギー範囲に対応するために、低エネルギー（50 keV - 400 keV）用の小型のもの（高集光率、飛行距離小）、および高エネルギー（400 keV - 5 MeV）用の大型のもの（大立体角、飛行距離大）の二種類を設計・製作した。小型のものは比較的容易に製作できたが、大型の検出器については、熱を加えて湾曲させる製作法に問題があった。様々な試行錯誤を経て、繰り越し期間内に完成させた。続いて、これらの検出器の性能を評価するために、中性子放出の強度と崩壊幅が知られている不安定核 17N を用いた較正実験を、大阪大学核物理研究センターにおいて行った。その結果、中性子が検出器に直接飛び込むイベントに加えて、周辺の実験装置で散乱されてから検出器に飛び込むイベントがスペクトルをゆがめることを、実験とシミュレーションの比較によって発見した。これらの効果を取り込んだデータ解析の手法の開発が進行中である。
課題３については、シミュレーションを用いて、ポンピング法としてD2遷移を用いることが最適であることを突き止めると同時に、脱励起光検出法とベータ線非対称度測定を組み合わせる手法をとることを決定した。さらに、ベータ線の検出効率をあげることが次の課題であることを確認した。
以上の進捗から「おおむね順調に進展している」と判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
実験を遂行するにはビームタイムの獲得がまず必要である。平成30年度中に、実験プロポーザルを提出し、高い優先度で採択されることを目指す。
これに並行して、検出器類（Ge検出器8台、ベータ線検出器10台、中性子検出器：大2台、小6台）を設置するための架台を設計・製作し、現地で組み立てる。
続いて、カナダ・バンクーバーにおいて検出器系と測定回路系を組み上げて、実験に備える。
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Research Products
(6 results)
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[Presentation] Shape coexistence in neutron-rich 31Mg investigated by beta-gamma spectroscopy of spin-polarized 31Na2017
Author(s)
H. Nishibata, T. Shimoda, A. Odahara, S. Morimoto, S. Kanaya, A. Yagi, H. Kanaoka, M.R. Pearson, C.D.P. Levy, and M. Kimura
Organizer
The third International Conference on Advances in Radioactive Isotope Science (ARIS2017), May 28- June 2 (2017) Colorado, USA
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Spectroscopy of neutron unbound states in 31Mg and shape coexistence in low excitation energy region2017
Author(s)
S. Kanaya, T. Shimoda, A. Odahara, H. Nishibata, S. Morimoto, A. Yagi, H. Kanaoka, T. Kawamura, M. Pearson, and C.D.P. Levy
Organizer
Ito International Research Center (IIRC) Symposium 'Perspectives of the Physics of Nuclear Structure', July 1-4 (2017) Tokyo, Japan
Int'l Joint Research
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