Study of neutron-rich actinide isotopes toward elucidation of the r-process termination

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H00169
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 渡邉 裕 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (50353363)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平山 賀一 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (30391733)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 中性子過剰アクチノイド同位体 / ガス・セル / 多核子移行反応

Outline of Annual Research Achievements

KEK同位体分離装置(KISS)において、ウラン・ビームとウラン標的の多核子移行反応で中性子過剰アクチノイド同位体を生成し、ガス・セルで収集、レーザー共鳴イオン化と双極電磁石により単一核種を分離した後、精密質量測定や分光実験を行うことを目的としている。本年度は大強度ビーム対応の回転ウラン標的とガス・セルの開発、およびレーザー共鳴イオン化スキームの開発を行った。
標的として用いる天然ウラン箔をイギリス・グッドフェロー社より輸入し、高エネルギー加速器研究機構で保管後、理化学研究所と核燃料の取扱いに関する共同研究契約を締結して理化学研究所へ移管した。真空槽内に設置される回転標的を外部から回転させるための駆動装置を設計して製作した。天然ウラン箔は標的として使用するための適切な厚さに圧延器を用いて複数回に亘って圧延するが、各圧延工程で真空またはガス中で焼鈍を行う。そのためのアニーリング装置を整備し、適切な真空度まで真空排気ができることを確認した。
多核子移行反応で標的散乱核として生成される中性子過剰核は0.2気圧程度の低圧力のアルゴン・ガス中で停止して中性原子となり、ガスの流れによって輸送される。大強度ビームに対応した大型ガス・セルの設計を熱流体解析ソフトウェアを用いて行った。ガス・セル内に層流を形成するためのスリットの形状を工夫することで28秒程度で反応生成核をガス・セル外に輸送することが可能となり、ガスの分配器を製作した。
アクチニウム(原子番号89)からアメリシウム(原子番号95)までの元素に対してレーザー共鳴イオン化スキームの検討を行い、レーザーの整備を行って発振試験を実施した。
天然ウラン箔の入手、標的製作の圧延作業の準備、理化学研究所との核燃料取扱の共同研究の締結、大型ガス・セルの設計が完了し、大型ガス・セルを製作することで本実験装置を用いて実験を実施するための試験を開始できる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

天然ウラン箔をイギリスより輸入する際、核燃料物質の受入申請において情報の不備があり、情報の整合性を確保する必要があったために天然ウラン箔の入手に遅れが生じた。また、核燃料物質取扱いに関する理化学研究所との共同研究契約の締結に想定より時間が掛かり、天然ウラン箔の理化学研究所への移管が遅れた。
大型ガス・セルの開発において、熱流体解析ソフトウェアによるシミュレーションと設計を繰り返して所定の性能を得るまでに想定より時間を要した。

Strategy for Future Research Activity

大型ガス・セルを製作し、KISSの真空槽内に設置する。ガス・セル内に導入した白金やイリジウムのフィラメントから蒸発させた原子を用いてレーザー共鳴イオン化とイオンの引き出し試験を行う。大型回転標的を製作するための回転ホイールの設計と製作を行い、真空槽内で回転試験を行う。圧延器を用いて適切な厚さのウラン標的の製作を行い、ウラン標的を用いたビーム照射実験の準備を整える。ウラン・ビームと白金標的の多核子移行反応で生成される中性子過剰アクチノイド核に対して従来のガス・セルを用いてレーザー共鳴イオン化の試験を行う。