2021 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 | コリニアレーザー分光 / レーザーアブレーション / 同位体シフト / 超微細構造 / 不安定原子核 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
原子の状態は主に原子核と電子の相互作用で決まっているため、レーザー分光測定でエネルギー準位間の遷移周波数を精密に調べれば、原子核の情報も得られる。たとえば、超微細構造定数は、原子核のスピンや電磁モーメントの情報を持つ。さらに、原子核の不安定同位体が基底状態で変形を起こしていると、実効的に原子核の荷電半径が変わり、電子の感じるポテンシャルが変化するので、同じ元素でも同位体間で遷移周波数がずれる。この同位体シフトや電磁モーメントを系統的に測定し、近くの核種における傾向や理論予測と比較すれば、核子間相互作用モデルの精度を上げていくことが期待される。
本研究は、特に測定データが十分でない高融点元素に対して、分光手法の最適化と参照測定に必要となるイオン源開発を含め、不安定核のコリニアレーザー分光の実現を目標に据えるものである。
本年度は、昨年度に引き続き高融点元素の一つであるジルコニウムのアブレーションを行って一価イオンを生成し、アブレーションレーザーに同期した短時間のみ発光を測定する手法でバックグラウンドを低減したコリニアレーザー分光を進めた。光源としてはTi:SaのCWレーザーの第二次高調波を用いて、基底状態からの強度の高い遷移である357nmを測定した。核スピンが0の安定同位体である質量数が90, 92, 94, 96の偶々核に対する分光スペクトルの観測に加え、核スピンが5/2の質量数91の安定同位体では超微細構造の観測を行った。経過を論文にまとめているところである。また、低収量が予測される不安定核での実験には検出効率の改善が不可欠となるため、楕円ミラーを用いた集光系の導入を目指して開発を進め、テストを進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
不安定原子核でのオンライン実験において最終的に目標としている高融点元素の一つであるジルコニウムの一価イオンを用いて、全ての安定同位体に対してコリニアレーザー分光によってスペクトルを観測できたことは前進である。一方で、核スピンが0でない質量数91の同位体に対し、超微細構造のすべてのピークを同定するまでには至っていないため、超微細構造定数の決定精度は低くとどまっている。また発光測定部分においては、従来の球面ミラーから、集光効率向上を見込んだ楕円ミラーを用いたデザインへの変更を試みたものの、現状ではバックグラウンドの低減との両立が不十分であり、改良が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
安定核イオンのコリニアレーザー分光測定精度向上のためには、分光用レーザー周波数のさらなる安定化を図りたい。また、アブレーションにより生成したイオンを一旦トラップしてパルス的に引き出すことで、さらに短い時間幅での発光測定を実現し、バックグラウンドのさらなる低減を図りたい。集光効率向上のためには、ドップラーシフトを調整する電極との配置を考慮して、バックグラウンドを低減したデザインの改良を目指す。また、これまでの安定核を用いた開発について、論文にまとめて報告したい。
さらにオンライン測定にむけて、高精度・高確度で質量測定可能な多重反射型飛行時間測定式質量分光器から引き出されるイオンを用いたコリニアレーザー分光測定のテストを行うための準備を進めたい。イオンは最短40nsの時間幅で引き出されることが想定されるため、さらなるバックグラウンドの低減が見込まれる。
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| Causes of Carryover |
学会参加のための移動費が無かったことが主な理由である。集光効率の向上などを目指した開発費用として使用予定である。
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