2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of ion source for laser spectroscopy of unstable nuclei
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19K14748
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
田島 美典 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, 特別研究員 (20821838)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | イオン源 / レーザーアブレーション / 高周波イオンガイド / レーザー分光 / 不安定原子核 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ある元素の同位体に対して系統的にレーザー分光測定を行うと、原子核の変形を調べることができる。これを検証することで、量子多体効果の解明につながることが期待される。そこで本研究は、これを大きな目標に据えつつ、分光手法の最適化と参照測定に必要となるイオン源を開発するものである。特に、高融点元素に対して、比較的容易に低エミッタンスのイオンビームを得ることを目指している。
本年度はヘリウムガス中でのレーザーアブレーションと高周波イオンガイドを組み合わせたイオン源を製作し、高融点元素を含むイオンビームの引き出しを確認することに成功した。
具体的には、数mbarのヘリウムガス中にアブレーションターゲットとして固体の円板を設置し、チャンバ外から532 nmの第二次高調波Nd:YAGパルスレーザーを照射してイオンを生成した。パルスレーザーの照射位置はターゲット表面でランダムに変化させて、収量の安定化を図った。ターゲットとしては、純金属のニッケル、銀、ジルコニウム、タンタル、タングステンと、化合物のフッ化バリウムを用いた。高周波イオンガイドはガス中で静電場を作る多重円筒電極、高周波カーペット、四重極イオンガイド等で構成され、ガス圧はピエゾバルブをフィードバック制御することで安定化した。
イオンの同定を行うにあたり、このイオン源を高圧にフロートさせてイオンビームを引き出し、マススペクトルを取得した。その結果、高融点元素を含めた全ての純金属ターゲットに対し、天然同位体比に応じた一価イオンに相当するスペクトルを観測することができた。また、化合物のフッ化バリウムでも、バリウムの一価イオンに相当するスペクトルが観測された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ヘリウムガス中での個体ターゲットのレーザーアブレーションと、高周波イオンガイドを組み合わせ、計画通りに高融点元素を含むイオンビームを引き出し、それをマススペクトルによって確認できたことは大きな前進である。しかし一方で、レーザー分光試験に進むには課題が残っている。重要だと考えているのは、再現性の向上である。不安定性は、アブレーションターゲット表面の状態や、ガス圧測定部の構造、設置作業がやや煩雑で部品の故障と修理を繰り返したこと、などに起因すると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
装置の設置方法やガス圧の測定方法等を見直すことで、再現性の向上を図る。そのうえで、安定同位体のイオンビームを引き出し、レーザー分光測定を行う。
まずは、分光レーザーの準備がほぼ整っているバリウムの一価イオンで測定する。このとき、レーザーアブレーションのタイミングと発光測定を同期させることで、分光用レーザーの迷光によるバックグラウンドの低減を図る。
また、不安定原子核の研究対象として魅力的なジルコニウムの一価イオンに対しても、分光用レーザーの準備が順調に進めば、同様の測定を行って同位体シフトの参照値としたい。
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| Causes of Carryover |
チャンバは既存のものを改造することで費用が大幅に抑えられ、スクロールポンプは既存の物を使用することができたために購入を見送った。一方で、高周波イオンガイドで使用する電源の追加購入、マススペクトル取得と分光実験準備のためのビームライン整備費用が必要となった。したがって当初の想定と異なり差額が生じた。イオン源としての再現性向上にむけた装置の追加工等に使用予定である。
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