2014 Fiscal Year Annual Research Report
ポジトロニウム負イオンの光脱離を利用したポジトロニウムビーム科学の展開
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24221006
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
長嶋 泰之 東京理科大学, 理学部, 教授 (60198322)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
満汐 孝治 東京理科大学, 理学部, 助教 (10710840)
立花 隆行 立教大学, 理学部, 助教 (90449306)
東 俊行 独立行政法人理化学研究所, 東原子分子物理研究室, 主任研究員 (70212529)
柳下 明 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器科学支援センター, シニアフェロー (80157966)
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| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | 量子ビーム / ポジトロニウム / ポジトロニウム負イオン / 光脱離 / 共鳴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（１）陽電子溜め込み装置から引き出されるパルス状低速陽電子ビームを利用したエネルギー可変ポジトロニウムビーム発生装置の開発、（２）ポジトロニウム負イオン光脱離における共鳴の観測、（３）セシウムを蒸着したタングステン表面から放出されるポジトロニウムの飛行時間測定、（４）アルカリ金属蒸着タングステン表面からのポジトロニウム放出、陽電子再放出、表面状態への捕獲、およびポジトロニウム負イオン放出への分岐比の測定、（５）ポジトロニウム負イオンの観測による金属中陽電子の拡散の研究、（６）陽電子消滅誘起イオン脱離の研究を行った。
（１）では、ポジトロニウムビーム発生装置とポジトロニウム回折装置の設計および製作を行った。必要なものは全て揃い、最終的な組み立てと調整を残すのみとなった。（２）では、ポジトロニウム負イオン光脱離における共鳴現象の観測に世界で初めて成功した。高エネルギー加速器研究機構に設置したエネルギー可変ポジトロニウムビーム生成装置を用い、ポジトロニウム負イオンに色素レーザーからの紫外レーザー光を照射し、生成されるポジトロニウム数の波長依存性を測定した。その結果、共鳴現象を示す明確なピーク構造が得られた。（３）および（４）では、タングステン表面へのアルカリ金属蒸着がポジトロニウムやポジトロニウム負イオンの生成に及ぼす効果に関する基礎的な情報を得る研究を行った。（５）では、ポジトロニウム負イオンの観測によるタングステン中の陽電子拡散定数の測定を行った。（６）は当初は予定していなかった研究であるが、本研究課題を遂行する際に着想を得て行った。二酸化チタン表面に低速陽電子を入射すると表面原子の内殻電子と陽電子の対消滅によってオージェ電子が放出され、電気的に不安定な状態となって酸素正イオンが放出される現象を世界に先駆けて観測した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初は、（１）東京理科大学に陽電子溜め込み装置を利用したエネルギー可変ポジトロニウムビーム発生装置を完成させ、（２）ポジトロニウム負イオン光脱離の共鳴現象を観測し、（３）アルカリ金属蒸着タングステン表面からのポジトロニウム生成量や放出エネルギーを測定することを予定していた。
研究業績の概要に書いたように、全ての計画がおおむね予定通り進んだ。ただし、エネルギー可変ポジトロニウム発生装置の完成には至っておらず、最終的な組み立てと調整を残している。完成に至っていないのは、当初予定していたものよりも、より輝度の高い高品質ポジトロニウムビームを目指すことに舵をきったからである。例えば、陽電子溜め込み装置からのパルス状陽電子を磁場から完全に切り離してビーム径を絞る装置を組み込むことにした。またポジトロニウム負イオン生成ターゲットであるタングステン薄膜の保持方法や焼鈍方法の吟味を行った。これらの手法の採用は、より高品質なポジトロニウムビームを得ることを保証するためのものであり、むしろ現状の遅れのみでより高品質なポジトロニウムビームが得られれば驚異的であるとさえ言える。
ポジトロニウム負イオン光脱離の共鳴現象を観測とアルカリ金属蒸着タングステン表面からのポジトロニウム生成量や放出エネルギーを測定については、予想以上に良い結果が得られている。27年7月にポルトガルで行われる国際ワークショップで前者の結果についての招待講演を依頼されている。
また２６年度には、当初予定していた研究以外に、ポジトロニウム負イオンの観測による金属中陽電子の拡散の研究と陽電子消滅誘起イオン脱離の研究を行った。後者は陽電子消滅の研究分野に新たな現象を見出したもので、注目を浴びる結果が得られた。この結果は、27年7月にスペインで行われる原子衝突国際会議において招待講演を依頼されている。
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| Strategy for Future Research Activity |
27年度には、（１）陽電子溜め込み装置を利用したエネルギー可変ポジトロニウムビーム発生装置を完成させ、（２）固体表面におけるポジトロニウムビームの回折・干渉の実験を中心に推進していく予定である。
（１）では、ポジトロニウムビーム発生部を組み上げ、装置の調整を行う。同時にポジトロニウム回折実験装置も完成させる。ポジトロニウムは電気的に中性であるため、電荷をもつ電子や陽電子と比べて、絶縁体や磁性体表面の結構構造解析用プローブとして極めて有効である。この有効性を確かめる。同時にこの実験は、これまでに行われていないポジトロニウムの量子干渉を初めて観測する研究と位置づけられ、量子力学的意義が大きい。
以上のほかに、26年度に引き続き、ポジトロニウム負イオン生成条件の最適化やポジトロニウム・ポジトロニウム負イオン生成に対するアルカリ金属蒸着の効果の解明、および陽電子消滅誘起イオン脱離の研究を推進していく予定である。
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Research Products
(23 results)
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[Journal Article] Positronium and positronium negative ion emission from alkali-metal coated tungsten surfaces2014
Author(s)
Y. Nagashima, K. Michishio, H. Terabe, R. H. Suzuki, S. Iida, T. Yamashita, R. Kimura, T. Tachibana, I. Mochizuki, K. Wada, A. Yagishita and T. Hyodo
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Journal Title
Journal of Physics, Conference Series
Volume: 505
Pages: 012037-1-6
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] ポジトロニウム負イオンのレーザー分光2014
Author(s)
満汐孝治, 久間晋, 金井恒人, 東俊行, 和田健, 望月出海, 兵頭俊夫, 柳下明, 長嶋泰之
Organizer
京都大学原子炉実験所専門研究会「陽電子科学とその理工学への応用」
Place of Presentation
京都大学原子炉実験所
Year and Date
2014-11-28 – 2014-11-29
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