2022 Fiscal Year Annual Research Report
加速器質量分析による超重元素測定に向けた負イオン源の研究開発
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19K20606
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
三宅 泰斗 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, 技師 (30804695)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 加速器質量分析 / セシウムスパッター型負イオン源 / 負イオン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
長半減期の超重元素が分布すると理論的に予測される「安定の島」の元素の探索は、原子モデルの理解や重元素合成の謎を解く手掛かりとして、原子核物理学や宇宙物理学において重要なテーマとされる。長半減期の超重元素は自然界に未だ崩壊せずに存在するか、加速器により合成できたとしても、その存在度は極めて低く、検出には高感度の分析手法が必要である。超高感度の分析手法である加速器質量分析法により、環境中に存在し得る極めて存在度が低い元素の検出に向けて、セシウムスパッター型負イオン源における負イオンの生成について研究を行うことが重要である。研究では、化学的な性質が近いと考えられる同族の元素を利用して、負イオンを効率良く生成するための条件を調べることを目的とした。
実験のため、まずはセシウムスパッター型負イオン源を含むビームラインを構築した。分析電磁石やファラデーカップは既存のものを使用し、イオン源をビームラインに接続するための真空容器を設計・製作した。
PbF2を添加した試料を用意し、負イオンビームを質量分析することで、生成された分子イオンの同定を行った。フッ化物イオンに関して、同じ族の元素では同様のフッ化物イオンが生成される一方で、異なる族の元素では異なるフッ化物イオンが生成される傾向が見られた。例えば、NbやTaの5族の元素では5, 6フッ化物の割合が多く、電流量も増加したこと対し、Cu, Ag, Auなどの11族の元素では1, 2フッ化物が生成されるが、強度は何も添加しない方が強かった。
負分子イオンの電子親和力の推定にレーザー光脱離法が使えないか検討し、そのためのビームラインも整備した。光学系の不具合により、上記の分子イオンへの実験はできなかったが、予備実験として、波長532nmのレーザーを使用して、Sなどの電子親和力が2.33eVよりも小さい負イオンの中性化を確認した。
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