2019 Fiscal Year Annual Research Report
能動的核異性体生成法で迫る、トリウム229原子核異性体の高精度レーザー分光
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19H00685
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
増田 孝彦 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任准教授 (90733543)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北尾 真司 京都大学, 複合原子力科学研究所, 准教授 (00314295)
山口 敦史 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (70724805)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | トリウム229 / 核共鳴散乱 / 核異性体 / 原子核時計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
能動的核異性体生成の安定運用に必須のX線ビームエネルギーモニタであるボンド法について系統的なスタディを行い、誤差の評価に必要なデータ取得を完了した。カリウム40の第一励起準位への核共鳴散乱を複数回測定しており、特に2019年度には、自己較正機能付きロータリーエンコーダーSelfAを搭載した角度測定装置を新しくしたことにより、SelfAの個体差による違いも評価することができ、有意な個体差は見られないことが確認できた。
TESボロメータを用いた測定については、30keVのガンマ線に対して14eVのエネルギー分解能を達成し、原著論文として報告した。一方でSPring-8でウラン233を用いることが制度上難しく、代替の方法を検討している。
真空紫外光探索のデータ取得系として、これまではCAMAC規格のAnalog-to-digital convertorとTime-to-digital convertorを用いていた。信号雑音比の低減を目的として高速デジタイザを用いた波形取得に切り替えを行った。これによりオフライン解析で信号と雑音の分離の研究開発が行えるようになった。
複数回のビームタイムを実施し、背景事象の構成要素が (1) 光電子増倍管のダークカウント、(2) トリウム229およびその娘核の崩壊によるシンチレーション光、 (3) 同じく崩壊によるチェレンコフ光、(4)X線を照射することによる蛍光、に分けられることが理解できた。今後はこれらの背景事象を削減することと、信号のアクセプタンスを増加することが主な研究開発項目となる。
信号レートの見積もりについても、光学シミュレータを導入し、構築を進めている。
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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
能動的核異性体生成法については、各構成要素が順調に稼働し、毎回のビームタイムでも問題なく核共鳴散乱ピークの観測に成功しており、完全に確立した手法と考えて良い。現状ピーク観測に12時間ほどかけているため、より高密度なトリウム標的を開発し、観測時間の削減を行い、限られたビームタイムの有効活用を目指す。
次のステップとして真空紫外光探索を開始することができ、すでに主要な背景事象の構成要素をリストアップすることができた。これによって今後は各構成要素ごとに背景事象削減の方法を検討することができるようになる。信号レートの見積もりについても、実機設計を専攻して行った結果、詳細光学シミュレーションを構築し、今後幾何効率の実際的な見積もりが可能となると考えている。
また、シミュレーションに導入するための各種パラメータ（光学部品の透過・反射率、結晶の散乱）等を実測する計画も進めている。
TESボロメータについてすでに原著論文一報を報告しており、エネルギー分解能で14eV@30keVを達成した。
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| Strategy for Future Research Activity |
能動的核異性体生成に必要不可欠であったX線絶対エネルギー測定の手法(ボンド法)について、詳細をまとめ原著論文として報告することを検討している。その為の実験データ解析や有限要素法を用いた数値シミュレーションなどを行う。
並行して真空紫外光観測のための実験装置高度化を行う。昨年度の研究ではまだ信号が見えていないが、これは実験感度がまだ不足しているためと考えられる。詳細な光線追跡シミュレーションを構築し、現状の実験装置でどの程度の感度が期待できるかを再検討する。さらにシミュレーションをもとにさらなる最適化を進め、実験感度の向上を目指す。 トリウムドープ結晶の特性評価も実験の定量的な理解に極めて重要である。特に真空紫外領域の透過率や表面での反射率等よくわかっていないパラメータも多く、テストベンチにて実測を予定している。同様にX線による結晶の損傷等の定量評価についても、システマチックな評価方法を検討し、次期実験デザインに取り入れる。
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