2018 Fiscal Year Research-status Report
中性子超過剰核の構造～最新技術を統合して探る新奇な核構造
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18KK0084
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
小田原 厚子 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (30264013)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西畑 洸希 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, 訪問研究員 (00782004)
平山 賀一 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 研究機関講師 (30391733)
畠山 温 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70345073)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2022-03-31
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| Keywords | 中性子過剰核 / 原子核構造 / レーザー分光法 / β-n-γ核分光法 / スピン偏極ビーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、不安定核をスピン偏極することにより核構造の精密な情報を引き出すことが出来るという独自の手法を持つ我々日本グループと、新世代の大強度不安定核ビーム供給施設と独自のレーザー技術とイオントラップ技術を持つTRIUMFが協力して、安定核から遠く離れた中性子過剰核の構造の系統的な解明を目的としている。特に、中性子数が魔法数20であるにも関わらず、原子核の形が球形ではなく、変形している「island of inversion」と呼ばれる質量領域の原子や原子核に注目している。
まず、2019年度後半にこの質量領域のボーダーに当たる31Al核と33Al核の構造解明実験を実施予定である。この実験では、スピン偏極した31Mg核と33Mg核を生成し、そのβ崩壊を測定する。31Mgと33Mgは毎秒100個以上のビーム量で加速した実績がTRIUMFにはあり、かつ、他のMg同位体ビームをスピン偏極させた経験もあるので、問題なくスピン偏極ビームを供給できる。この研究は2018年にTRIUMFのPAC（実験審査会）で審査を受け、7月に認められている。
目的の31Al核と33Al核は、我々が31Mg核で明らかにした変形共存現象の出現が期待できる。変形共存とは、同じスピン、パリティ、励起エネルギー領域に異なる原子核構造（球形、変形して回転、振動など）が出現する現象である。中性子数の増加により原子核の形は球形から変形へと変化するが、その狭間にある原子核での出現が期待できる。陽子数が1個多いAlでもこの奇妙な現象が生じるのか、それともMg核特有の現象なのか、解明が待たれている。
2019年1月まで大阪大学で実験準備を行い、実験装置をTRIUMFへ輸送し、2月末から3月上旬にTRIUMFで実験準備を行った。輸送した装置等の準備は終了し、全体の70%くらいの準備を行うことができた。
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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
2018年10月に研究代表者と分担者が理化学研究所に集まってキックオフミーティングを行った。その結果、本科研費支援の元で、来年度に31Al核と33Al核の構造解明を最初の研究テーマとし、2019年秋か冬にビームタイムを申し込むことに決定した。
この実験では、β線、γ線、中性子を検出する。まず、β線の検出効率の向上のため、β線検出器が見込む立体角を大きくするために以前よりも大型化した。γ線は高純度ゲルマニウム検出器で測定する。次回の実験でγ線の全検出効率を増強するため、小さい光電ピーク検出効率の検出器を2倍の効率の検出器と交換して使用することになった。さらに、中性子の検出エネルギー範囲を広くカバーするため、新たに開発した低エネルギー中性子検出器をセットアップに追加することにした。これらの検出器の改良や追加に伴い、スピン偏極ビームを捕獲する膜を設置するストッパー真空チェンバーを新たに作り直し、また、検出器の架台のデザインを変更し、新たに製作した。
TRIUMFで実験を行う際、検出器、電子回路、データ収集系、など、すべてを実験者側で用意しなければならない。そこで、長期で持ち出すことが可能な実験装置などを2月初旬に大阪大学からTRIUMFに輸送した。2月中旬から3月上旬にかけて、研究代表者、研究分担者２名、研究協力者である大阪大学大学院生3名、東京農工大学大学院生1名、研究協力者のシニアスタッフ1名が1から3週間、TRIUMFに滞在し、現地での実験準備を行った。現地の研究協力者3名がMgビームをスピン偏極させるためのビームラインの準備を開始した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度後半に、TRIUMFでのスピン偏極31Mg核と33Mg核のβ崩壊による31Al核と33Al核の構造解明実験の実施を希望している。2019年7月にビームタイム募集が行われるため、我々のビームタイムを申請する。ビームタイムの日時は8月に確定する。
2019年前半は、大阪大学で実験準備を行い、短期しか海外に持ち出すことができない検出器や電子回路、など残りの実験装置を2019年夏にTRIUMFに輸送する。ビームタイムの1ヶ月前くらいに、研究代表者、若手の研究分担者1名、大阪大学大学院生2名がTRIUMFへ出向き、残りの実験準備を行う。ビームタイムの1から2週間前くらいに、他の共同研究者全員がTRIUMFへ行き、直前実験準備、実験の実施、片付けを全員で行う。
実験終了後のデータ解析は、若手の研究分担者1名、大阪大学大学院生2名が中心となって行う。データ解析の結果は全員で議論する。理論の研究協力者とはすでに議論を開始しており、実験結果が得られることには理論計算も結果が得られ、両方を比較しながら原子核構造の議論を行う予定である。得られた研究結果は、国内の物理学会や海外での国際会議などで発表予定である。
また同時に、ビーム量が毎秒100個より少ない32Na原子のレーザー分光実験の準備を2019年前半に開始する。この研究テーマも2018年にTRIUMFのPACに申請し、7月に実験申請は認められている。もし可能ならば、スピン偏極31Mg核と33Mg核のβ崩壊実験の後に引き続いて行うことを希望しているが、TRIUMFでのビームタイムが非常に混んでいるため、今年度の実施は無理ではないかというコメントをTRIUMF側からもらっている。2020年度の実施、あわよくば、今年度の実施を目指して準備を進める。
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| Causes of Carryover |
TRIUMFの現地で実験準備中に、β線検出器であるプラスチックシンチレーターが故障した。TRIUMFにはプラスチックシンチレーター専門の技術者の部門があり、修理を依頼した。3月の段階まで修理費が確定せず、少し多めに予算を残さざる得なかったために次年度使用額が発生した。翌年度、同様の検出器の故障が起こる可能性が高いため、当初の使用計画にはなかった予算として、この次年度使用額を用いる予定である。
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[Journal Article] Structure of 31Mg: Shape coexistence revealed by β-γ spectroscopy with spin-polarized 31Na2019
Author(s)
H. Nishibata, S. Kanaya, T. Shimoda, A. Odahara, S. Morimoto, A. Yagi, H. Kanaoka, M.R. Pearson, C.D.P. Levy, M. Kimura, N. Tsunoda, T. Otsuka
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Journal Title
Physical Review C
Volume: 99
Pages: 024322-1-19
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Structure of neutron-rich 31Mg by β-decay spectroscopy of spin-polarized 31Na2018
Author(s)
H. Nishibata, S. Kanaya, T. Shimoda, A. Odahara, S. Morimoto, A. Yagi, H. Kanaoka, M. Pearson, P. Levy, M. Kimura, N. Tsunoda, T. Otsuka
Organizer
5th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan
Int'l Joint Research
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