エキゾチック核の励起状態の構造解明に向けた革新的な蓄積リング法の開拓

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H04461
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 山口 貴之 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (10375595)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森口 哲朗 筑波大学, 数理物質系, 助教 (10635890) ; 山口 由高 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 (40415328) ; 洲嵜 ふみ 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究職 (70779727)
• Project Period (FY): 2021-04-05 – 2025-03-31
• Keywords: 蓄積リング / 多価イオン / 半径 / 寿命

Outline of Annual Research Achievements

陽子/中性子比が極めて異なるエキゾチック原子核の構造進化は、量子多体系としての原子核構造そのものの興味のみならず、中性子星などの極限下の宇宙元素合成における素過程を左右するホットな話題である。本研究は、理研の蓄積リング実験を用いて、通常のビームライン実験では不可能な、新しい実験方法論を確立する。具体的には、電子を纏わないエキゾチック核を蓄積リングに貯蔵し、変形共存として知られる長寿命励起状態の質量と寿命を飛行中に観測する。同時に、この識別された励起状態を直接ビームとして使用し断面積測定することで、基底状態と励起状態の半径を独立に決定する。
理研の蓄積リングは、入射キッカー電磁石の動作安定性に問題があったため、2023年度これを修理し長時間の安定動作の検証実験を行った。また入射効率を改善するために垂直方向のステアリング磁石を導入した。寿命測定用の新型ショットキーのオフライン試験を完了させ、蓄積リングの真空内に導入した。これまでと比べて約30倍の信号強度の向上が期待できる（物理学会発表）。これらの作業を完成させ、2024年度にビーム実験を行う予定である。
予備実験として進めていたHIMAC加速器での実験は共同利用の縮小のため進んでいないが、44Tiの荷電変化断面積を国内最高エネルギー700MeV/uにて精密測定することに成功した。また、キッカー電磁石の修理に伴い、ビーム診断系としてプラスチックシンチレーターとファイバーを組み合わせた位置検出器を完成させた。さらに蓄積リング内の周回粒子のモニター検出器として開発してきたデルタ線を利用した飛行時間検出器の性能を改良し（時間分解能<100ps）、汎用検出器として使えるようにした。本年度課題申請を行い、来年度ビーム実験を予定している。これまでの開発とHIMACでの予備実験により準備は整っている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初予期していなかった蓄積リングの修理作業に時間がかかったためビーム実験できなかったが、2023年度に修理完了した。同時に関連するビーム診断系検出器や補正磁石の開発を行い、要求性能を満たすことができた。寿命測定のためのショットキー検出器はこれまでの10倍以上の性能を出すことに成功した。

Strategy for Future Research Activity

2023年度は蓄積リングのキッカー電磁石の改善修理を完成した。1週間の長期安定動作試験もクリアした。入射効率改善のための垂直ステアリング磁石を完成させた。シミュレーションでは入射効率を数倍向上させることができる。高感度ショットキー検出器の開発も順調である。これらのビーム試験を2024年度前半に行う。
ショットキー検出器については、GSIと共同で新型の位置感度型を開発中である。年度後半にはドイツから輸送して導入予定である。また、2023年度に行った課題申請で2日間のビームタイムが認められているため、このタイミングでビーム実験を予定している。この実験は本研究テーマの前哨戦となるものである。Pbビームを用いる予定である。十分な統計は得られないだろうが、新規に導入した検出器の動作や蓄積リングの性能向上を検証し、質量と寿命の測定を行う予定である。質量、半径、寿命の同時測定のための実験課題は実験準備が整ったので、本年度あらためて課題採択委員会に申請する予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] GSI研究所(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: GSI研究所
• [Int'l Joint Research] Univ. of Surrey(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: Univ. of Surrey
• [Int'l Joint Research] IJCLAB(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: IJCLAB
• [Int'l Joint Research] IMP(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: IMP
• [Journal Article] Ground-state mass of 22Al and test of state-of-the-art ab initio calculations (2024)
  • Author(s): M.Z. Sun, Y. Yu, X.P. Wang, M. Wang, J.G. Li, Y.H. Zhang, K. Blaum, Z.Y. Chen, R.J. Chen, H.Y. Deng, et al.
  • Journal Title: Chin. Phys. C Volume: 48 Pages: 034002/1-7
  • DOI: 10.1088/1674-1137/ad1a0a
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Charge-changing cross sections for mirror nuclear pair, 22Ne and 22Mg (2024)
  • Author(s): S. Ishitani, M. Fukuda, M. Fukutome, G. Takayama, R. Taguchi, K. Watanabe, M. Tanaka, T. Ohtsubo, N. Noguchi, K. Takatsu, et al.
  • Journal Title: Hyp. Int. Volume: 245 Pages: 65/1-7
  • DOI: 10.1007/s10751-024-01874-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Proton capture on stored radioactive 118Te ions (2023)
  • Author(s): S. F. Dellmann, J. Glorius, Y. A. Litvinov, R. Reifarth, K. Al-Khasawneh, M. Aliotta, L. Bott, B. Brueckner, C. Bruno, R. J. Chen, et al.
  • Journal Title: EPJ Web of Conferences Volume: 279 Pages: 11018/1-5
  • DOI: 10.1051/epjconf/202327911018
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Precision experiments with heavy-ion storage rings (2023)
  • Author(s): Yu.A. Litvinov, J. Glorius, M. Steck, Th. Stoehlker. K. Blaum, C.C. Bruno, P.J. Woods, I. Dillmann, B. Jurado, W. Korten, X. Ma, Y. Zhang, R. Reifarth, P. Walker, T. Yamaguchi
  • Journal Title: Acta Phys. Pol. B suppl. Volume: 16 Pages: 4-A25
  • DOI: 10.5506/APhysPolBSupp.16.4-A25
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Storage, accumulation and deceleration of secondary beams for nuclear astrophysics (2023)
  • Author(s): J. Glorius, Yu. A. Litvinov, M. Aliotta, F. Amjad, B. Brueckner, C.G. Bruno, R. Chen, T. Davinson, S.F. Dellmann, T. Dickel, et al.
  • Journal Title: Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B Volume: 541 Pages: 190-193
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2023.04.059
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Recent achievements at the Rare-RI Ring, a unique mass spectrometer at the RIBF/RIKEN (2023)
  • Author(s): S. Naimi, Y. Yamaguchi, T. Yamaguchi, A. Ozawa
  • Journal Title: Eur. Phys. J. A Volume: 59 Pages: 90/1-11
  • DOI: 10.1140/epja/s10050-023-01009-4
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Matter radius of the doubly-magic 56Ni measured in a storage ring (2023)
  • Author(s): M. von Schmid, T. Aumann, S. Bagchi, S. Boenig, M. Csatlos, I. Dillmann, C. Dimopoulou, P. Egelhof, V. Eremin, T. Furuno, et al.
  • Journal Title: Eur. Phys. J. A Volume: 59 Pages: 83/1-7
  • DOI: 10.1140/epja/s10050-023-00967-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Bρ-defined isochronous mass spectrometry and mass measurements of 58Ni fragments (2023)
  • Author(s): M. Zhang, X. Zhou, M. Wang, Y. H. Zhang, Yu.A. Litvinov, H. S. Xu, R. J. Chen, H. Y. Deng, C. Y. Fu, W. W. Ge, et al.
  • Journal Title: Eur. Phys. J. A Volume: 59 Pages: 27/1-16
  • DOI: 10.1140/epja/s10050-023-00928-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Isochronous mass measurements of neutron-deficient nuclei from 112Sn projectile fragmentation (2023)
  • Author(s): Y. M. Xing, C. X. Yuan, M. Wang, Y. H. Zhang, X. H. Zhou, Yu. A. Litvinov, K. Blaum, H. S. Xu, T. Bao, R. J. Chen, et al.
  • Journal Title: Phys. Rev. C Volume: 107 Pages: 014304/1-14
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.107.014304
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 稀少RIリングにおける共鳴Schottky検出器の開発現状 (2024)
  • Author(s): 滝浦一樹
  • Organizer: 日本物理学会2024年春季大会
• [Presentation] Reaction cross sections for proton-drip line nuclei (2024)
  • Author(s): T. Moriguchi
  • Organizer: Workshop at Quark-Nuclear Matters in Tomonaga Center for the History of the Universe (TCHoU)
• [Presentation] Present status of the storage-ring mass spectrometer at RIBF (2023)
  • Author(s): T. Yamaguchi
  • Organizer: International Symposium on Stored Ions for Precision Measurement
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Challenge to exotic nuclei-Rare RI storage ring facility at RIBF (2023)
  • Author(s): T. Yamaguchi
  • Organizer: The 3rd International Workshop on “Origin of Elements and Cosmic Evolution:From Big-Bang to Supernovae and Mergers”(OECE2023)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Storage ring facilities for radioactive ions new detectors and upgrade plans (2023)
  • Author(s): T. Yamaguchi
  • Organizer: 4th International conference on Advances in Radioactive Isotope Science (ARIS2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Present status of the Rare-RI Ring Facility (2023)
  • Author(s): T. Yamaguchi
  • Organizer: RIBF Users Meeting 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Measurement of reaction cross section for 17F with a solid hydrogen target (2023)
  • Author(s): T. Moriguchi
  • Organizer: The 4th International Conference on Advances in Radioactive Isotope Science (ARIS2023)
  • Int'l Joint Research