2020 Fiscal Year Annual Research Report
Production of highly spin-polarized RI beams based on the atomic beam resonance method
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18H03692
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
上野 秀樹 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (50281118)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 文子 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (50398898)
佐藤 渉 金沢大学, 物質化学系, 教授 (90333319)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | その他の量子ビーム / 小型量子ビーム発生技術 / 原子核（実験） / 磁気共鳴 / 原子・分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では高核スピン偏極RI ビームの実現と物質科学研究への応用に向け、適切な NMRプローブが存在しない酸素に着目した酸素プローブによるβ線検出型超高感度 NMR (β-NMR) 測定を通じた新たな物質科学研究の手法を開拓すると共に、その本格的な展開に必要となるRI ビーム用原子線共鳴法の原理実証及び装置のプロトタイプの開発を行うのが目標である。
2020年度は前者に関しては、通常、β-NMR分光測定には核スピン偏極RIの生成が必要となるが、これを核スピン整列RIビームを用いて行う開発研究で成果があった。データ点が少ないながら手法の成功を示すデータを2019年度初めて実験的に得ることに成功していたが、2020年度にQST放医研HIMAC加速器施設にて実験を行い、より精密にβ-NMRスペクトルを測定し、確実に開発の成功を示すデータを得た。高強度でRIビームを生成するにはビームエネルギーが高いことが必要となるが、その際逆に核スピン偏極は小さくなてしまう或いは生成されないという二律背反に陥る問題を抱えていたが、核スピン整列RIビームを利用することでこの問題は解消されることとなった。後者のRI原子線共鳴法の原理実証については、オフライン開発用のRbイオン源・及びそれをイオントラップの開発と動作試験を終え、50%以上の効率でイオントラップを確認した。次のステップとしてイオントラップしたRbに対する中性化の要素技術開発を行った。当初中性化したRbにレーザーを照射し蛍光観察から中性化を直接確認しようとしていたが、散乱光の処理に問題があり観察には至っていない。しかし中性化ガスの導入によるトラップイオン数の減少を計測する間接測定から20％程度の中性化効率を確認することができた。
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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
酸素RIのプローブ開発として行った実験で、核磁気モーメント及び核電気四重極モーメントの測定に成功しており、特に後者では理研RIPS装置を用いた2020年の実験で精密測定にも成功した。その後理論計算に基づく核構造の議論で進展があり、得られた両結果とも2021年の夏ごろには論文投稿を行う予定である。また、核スピン整列RIビームを用いた新たなβ-NMR法の開発でも確実な成果が得られ、今後、測定例の無いRIBF加速器施設での遠不安定RIの核電磁モーメント測定につなげることが可能となった。RI原子線共鳴法の原理実証では、COVID-19感染拡大防止措置による装置開発の制約があったため遅れが生じたが、イオントラップと中性化の確認には至ることができた。一部当初予定に比べやや遅れが生じているものの、計画全体としては予定に沿って開発が進められている。
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| Strategy for Future Research Activity |
RI原子線共鳴装置の原理実証で生じた遅れを取り戻すべく、中性化効率の向上を図るとともに、線形ポールトラップの実装とレーザー共同冷却法によるトラップイオンの冷却に着手し、原理実証に向けた最も重要な要素技術開発に取り組む。並行し核プローブ開発、物質科学研究に関する関連研究も推し進め、ここまで得られている結果については論文発表を行う。加えて核スピン偏極RIプローブを用いたβ線検出型NMR原理実証に必要となる単結晶作製も行う。
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