2022 Fiscal Year Annual Research Report
「原子核時計」実現にむけたトリウム229核異性体準位のエネルギー測定
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18H01241
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
山口 敦史 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (70724805)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
菊永 英寿 東北大学, 電子光理学研究センター, 准教授 (00435645)
満田 和久 国立天文台, 先端技術センター, 特任教授 (80183961)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 原子時計 / 原子核分光 / ガンマ線分光 / カロリーメーター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Th-229の原子核準位には、基底状態からエネルギーがわずか8.3 eVのところに準安定状態（アイソマー状態と呼ばれる）が存在する．Th-229の原子核は、この2つの準位間の遷移を使いレーザー分光できると考えられている．その応用として注目されているのが、この核遷移にレーザー周波数を安定化する周波数標準:原子核時計である．しかし2019年まで、アイソマー状態のエネルギーの報告値は3.5 eVから7.8 eVの範囲にちらばっており、互いにそれぞれの不確かさ内で一致していなかった．
そこで本研究では、超高分解能ガンマ線検出器である超電導転移端センサーを用いて、U-233がα崩壊してTh-229に壊変するときに放出されるエネルギー29 keVのガンマ線を精密に分光し、アイソマー状態のエネルギーを精密に決定することを目標とした．そして2019年度に、Th-229アイソマー状態のエネルギーを8.30 (92) eV と実験的に決定し、論文発表した．その後、さらなるエネルギー測定精度の向上を目指し、エネルギー30 keVで分解能が15 eV(半値全幅)に向上した素子を開発した(2019年度の測定で使用した素子の分解能は半値全幅で36 eV)．この素子と強度を増強したU-233線源を使用した測定を実施し、本年度はそのデータ解析を行った．その結果、測定対象であるTh-229のエネルギー29 keVのガンマ線ピークは観測されたものの、増強されたU-233線源により、エネルギー較正用のガンマ線・X線がほぼすべて吸収されてしまい、Th-229からのガンマ線の絶対エネルギーを精密に決定することが困難であることが判明した．アイソマー状態のエネルギーを決定するという本研究の目標はすでに達成していること、本年度が最終年度であり再度測定を実施するには時間的な余裕がないことなどを勘案し、測定を終了した．
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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