Study of Thorium-229 isomeric state: towards new science with nuclear clock

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H03713
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 磯部 忠昭 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, 専任研究員 (40463880)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 服部 香里 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (10624843)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 原子核時計 / 不安定核 / RIBF / TES / トリウム-229

Outline of Annual Research Achievements

理化学研究所RIBF加速器施設にて生成した不安定核ビームを使い、ＴＥＳ検出器にてトリウム-229超低励起状態から発生する数eV内部転換電子、及び第二励起状態から発生する30keV弱のＸ線エネルギーを高精度のエネルギー分解能と高いシグナルーノイズ比で測定するため、重イオン飛行時間による分別装置の設計・開発とＴＥＳ検出器センサーの開発を進めた。
特には飛行時間分別装置に設置する電子検出器の設計を行い、崩壊電子測定用シリコン検出器の設計と準備を行った。このシリコン検出器はAc-229からTh-229へベータ崩壊する際に発生する電子をTh-229第二励起状態からの30keV光子同定用トリガーとして使用する事を目的とする。このシリコン検出器を導入する事で、高いシグナルーノイズ比でのTh-229由来の光子測定が可能となる。
またTh-229第二励起状態から第一励起状態への遷移による高分解能でのＸ線分光を行うため、半値幅10eV以下で30keVのＸ線測定を目指したＴＥＳの開発を行っている。そのために最大40keV相当のX線までのダイナミックレンジをもった新型ＴＥＳの開発をNIST主導のもと行っている。
本課題における光のエネルギーは30keVと通常のＸ線エネルギーに比べて高く、これまでのＸ線吸収体ではその検出効率が著しく下がる事が予測される。この様な高エネルギーＸ線への感度を高めるため、Ｘ線吸収体として金を採用し試作品の作成を進めた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

30keV X線検出用TESを米国NISTと共同で研究開発を行っているが、昨今の研究所閉鎖に伴い開発がストップしている。本研究で必要なTESは新型のTESであるため、これまでの既存のTESとは違った生成法が必要であり、最適なTESのパラメータを試作品を作ると共に研究している。

Strategy for Future Research Activity

高エネルギーX線の開発をNISTとともに進めると共に、トリウムRI分別用の飛行時間分別装置の開発を進める。
高エネルギーX線検出用TESは試作機段階でのテストが良い結果を示すことが期待されており、新型の読み出し回路と共に１年後をめどに国内での加速器実験での応用を目指す。
同時にRIBFにてトリウム-229を高いS/Nで測定する為の飛行時間分別装置の開発を進める。