2019 Fiscal Year Research-status Report
稀少RIリングを用いた未踏核種の精密質量測定による金、白金の起源解明
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19K14730
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
高 もも 筑波大学, 数理物質系, 特任助教 (10823726)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 飛行時間検出器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
稀少RIリングでは、イオンの質量を精密に決定するために、飛行時間を数10 psの精度で測定する必要がある。同時に、検出器通過によるエネルギー広がりを抑える必要がある。本研究課題ではまず、これらの要求を満たす飛行時間検出器の実用化を目指している。開発中の検出器は、一枚の二次電子発生用薄膜と複数枚の平行電極、永久磁石で構成される。粒子通過に伴って薄膜から発生した二次電子を、交差電磁場でマイクロチャンネルプレート（MCP）検出器へ誘導し検出することで、粒子通過のタイミングを検出できる。
これまでの開発では、検出器内での放電が原因で安定動作できないことが課題だった。今年度は、飛行時間検出器の安定動作のための開発と性能試験を行った。補助金は検出器の構成部品製作、高時間分解能な二次電子検出に不可欠なMCP検出器の購入、外部施設での性能試験遂行のための旅費、国際会議・物理学会参加のための旅費等に使用した。
検出器の安定動作は、最適な電磁場設定を探索することで達成できた。オフライン試験において、確立した電磁場設定で長時間の安定動作を確認した後、稀少RIリングと同等のビーム条件によるオンライン試験で、時間分解能や検出効率を調査した。その結果、これらが要求事項を満たすことを確認した。
これらの性能試験結果について、日本物理学会2019年秋季大会で発表した。
国際会議INPC2019に参加し、本課題と関連する重い中性子過剰核の核分光について口頭発表を行い、また不安定核の質量測定・核分光に関する発表を拝聴することで国内外での最新の研究状況について知ることができた。
稀少RIリングで過去に得られた実験結果の解析を進め、質量解析手法を習得し、質量測定の高精度化のために必要な課題についての知見が得られた。
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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
検出器の電場を弱め、二次電子輸送の等時性のために最適な磁場設定を見つけることで、安定動作可能かつ高時間分解能を達成できる電磁場設定を確立した。稀少RIリングでの実験は典型的に1週間弱連続して行われるため、オフライン試験において本検出器が1週間以上安定動作可能なことを確認した。その後、稀少RIリングでの実験時と同等の高エネルギーなビーム照射時の検出器性能を確かめるために、放射線医学総合研究所で供給されるKrビーム(200 MeV/u)を用いてオンライン試験を行った。Krビームを薄膜全面に照射した結果、30 ps以下の時間分解能と薄膜のほぼ全面で90%以上の検出効率が得られ、稀少RIリングで実用可能な性能であることがわかった。
検出効率は薄膜から放出される二次電子数に依存し、二次電子数はビームエネルギーが一定の場合、主に薄膜内での入射粒子の原子番号に依存する。よって、本検出器で使用している薄膜の適用可能な原子番号の範囲を知るために、入射核破砕反応により生成した他核種のビームを使って、検出効率の元素依存性を調べた。その結果、薄膜にアルミ蒸着マイラー膜を用いた場合、原子番号18以上のイオンビームであれば80%以上の効率で検出可能であることがわかった。
以上のように、令和元年度の目標である検出器の安定動作を確立し、また検出器の基本性能を調査し、実用可能であることがわかった。
過去に稀少RIリングで行われた実験結果の解析から、質量測定の確度向上のために、リング上流に位置検出器を導入し、位置と角度の相関を調べることが有効であることが示唆された。よって、精密な質量測定のために、飛行時間検出器と同様に入射ビームへの影響を極力抑えた位置検出器を開発する必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度は、飛行時間検出器を応用した位置・時間分解能を両立した検出器の開発を行う。令和元年度に性能を確立した飛行時間検出器のMCP位置の設置位置を工夫することで、ビームの薄膜への入射位置と放出された二次電子がMCPに到達するまでの輸送時間に相関を持たせることが可能である。この原理を用いた位置検出器は、従来の比較的厚い複数枚の薄膜とガスを利用した位置検出器と比較して、通過するビームのエネルギーへの影響を大きく抑えられるメリットがある。
小型のプロトタイプの位置検出器開発をすでに開始しており、検出器内の磁場を低くするほど位置分解能が向上し、また100 ps以下の良い時間分解能が得られることがわかっている。今後は、1 mm以下の位置分解能が得られる電磁場設定の探索と、実用に向けた大型の検出器の設計と性能評価を行う。
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Research Products
(2 results)
