蓄積された多価イオン状態の不安定核ベータ崩壊と宇宙元素合成の環境

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26287036
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 山口 貴之 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (10375595)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山口 由高 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 仁科センター研究員 (40415328) ; 長江 大輔 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 協力研究員 (60455285)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 蓄積リング / 元素合成 / 多価イオン / ベータ崩壊

Outline of Annual Research Achievements

多価イオン状態の不安定核ベータ崩壊は宇宙で起きている元素合成過程の理解に非常に重要である。星のなかの高温高圧状態では、中性原子状態のベータ崩壊には見られない特異な現象が現れる。
本年度はドイツGSI研究所において、多価イオン状態の不安定核ベータ崩壊の寿命精密測定を行った。重イオンシンクロトロンSISにて約600MeV/uに加速された152Smをベリリウム標的に照射し、入射核破砕反応によって水素様電子状態の142Pmを生成した。142Pmは核破砕片分離装置FRSによって純化され、400MeV/uにて蓄積リングESRに入射される。入射された142Pmは蓄積リングの超高真空ビームパイプを約1分間周回し、その間、電子捕獲崩壊する。崩壊事象は共鳴ショットキーピックアップを用いて測定した。共鳴ショットキーピックアップは単一粒子にも感度がある。実験では1回の入射で約10個の142Pmを入射し、単一粒子の崩壊を精密測定した。ビームタイムは約2週間におよび大量のデータが得ることができた。平成27年度にデータ解析を完了し、質のよい崩壊曲線を得た。
また、理研の蓄積リングで同様の研究を進めるために、新しい蓄積リング用重イオン位置検出器を開発した。シンチレータをビームが通過するとき、発生する光子の空間分布を測定し位置を得る。原理検証に成功し、結果を投稿論文に発表した。また、蓄積リング内でデルタ線を利用したトリガー検出器を製作、ビーム試験を行った。さらには蓄積リングの個別入射のために不可欠な高速伝送線を設計、製作した。これによって、コミッショニングに成功し、Kr１次ビームを最高4秒蓄積することができた。コミッショニングでは２次ビームの入射、蓄積、取り出しにも成功した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

ドイツGSI研究所での実験が完了し良いデータが得られている。さらには理研の蓄積リングのための検出器群、装置開発にも成功し、ビームを使ったコミッショニングもうまくいった。

Strategy for Future Research Activity

ドイツの研究は完了したので、平成２８年度は理研の蓄積リングの整備に集中する。リング内で用いるデルタ線を利用したトリガー検出器を開発しつつ、ビームを用いたコミッショニング実験を続ける。特に開発要素であった共鳴ショットキーピックアップが非常にうまく動作したため、不安定核の寿命測定が可能になりつつある。ビームによるテスト実験を行う。

Causes of Carryover

理研の蓄積リングのコミッショニングにおいて非常によい成果が得られた。将来理研にて寿命測定を行うべく必要な検出器の開発に重点をおいた。そのため新型のショットキーピックアップの開発は平成２８年度に行う。

Expenditure Plan for Carryover Budget

理研の蓄積リングのコミッショニングを続け、現在のショットキーピックアップで寿命測定が可能か検証する。平行して新型ショットキーピックアップを開発する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] GSI/TU Muenchen/Max-Planck-Institute(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: GSI/TU Muenchen/Max-Planck-Institute
  • # of Other Institutions: 7
• [Int'l Joint Research] IMP/Beihang Univ(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: IMP/Beihang Univ
• [Int'l Joint Research] CERN(スイス)
  • Country Name: SWITZERLAND
  • Counterpart Institution: CERN
• [Int'l Joint Research] SMI(オーストリア)
  • Country Name: AUSTRIA
  • Counterpart Institution: SMI
• [Int'l Joint Research] Univ of Edinburgh(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: Univ of Edinburgh
• [Int'l Joint Research]
  • # of Other Countries: 2
• [Journal Article] Radioactive decays of highly-charged ions (2015)
  • Author(s): B. S. Gao, M. A. Najafi, D. R. Atanasov, K. Blaum, F. Bosch, C. Brandau, X. C. Chen, I. Dillmann, Ch. Dimopoulou, Th. Faestermann, et al.
  • Journal Title: EPJ Web of Conferences Volume: 93 Pages: 05003/1-6
  • DOI: 10.1051/epjconf/20159305003
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Between atomic and nuclear physics: radioactive decays of highly-charged ions (2015)
  • Author(s): Dinko Atanasov, Klaus Blaum, Fritz Bosch, Carsten Brandau, Paul Buehler, Xiangcheng Chen, Iris Dillmann, Thomas Faestermann, Bingshui Gao, Hans Geissel, et al.
  • Journal Title: J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys Volume: 48 Pages: 144024/1-16
  • DOI: 10.1088/0953-4075/48/14/144024
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Experiments with Stored Highly Charged Ions at the Border between Atomic and Nuclear Physics (2015)
  • Author(s): B. S. Gao, M. A. Najafi, D. R. Atanasov, K. Blaum, F. Bosch, C. Brandau, X. C. Chen, I. Dillmann, Ch. Dimopoulou, Th. Faestermann, et al.
  • Journal Title: Physics Procedia Volume: 66 Pages: 28-38
  • DOI: 10.1016/j.phpro.2015.05.006
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spatial distributions of photons in plastic scintillator detected by multi-anode photomultiplier for heavy-ion position determination (2015)
  • Author(s): S. Omika, T. Yamaguchi, M. Fukuda, A. Kitagawa, S. Matsunaga, D. Nagae, D. Nishimura, T. Nishimura, A. Ozawa, S. Sato, K. Sawahata, T. Suzuki, Y. Takeuchi
  • Journal Title: Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A Volume: 797 Pages: 247-254
  • DOI: 10.1016/j.nima.2015.06.050
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] First Nuclear Reaction Experiment with Stored Radioactive 56Ni Beam and Internal Hydrogen and Helium Targets (2015)
  • Author(s): P. Egelhof, S. Bagchi, S. Boenig, M. Csatlos, I. Dillmann, C. Dimopoulou, V. Eremin, T. Furuno, H. Geissel, R. Gernhaeuser, et al.
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. Volume: 6 Pages: 020049/1-7
  • DOI: 10.7566/JPSCP.6.020049
• [Journal Article] Performance of a resonant Schottky pick-up for the Rare-RI Ring project (2015)
  • Author(s): F. Suzaki, J. Zenihiro, Y. Abe, A. Ozawa, T. Suzuki, T. Uesaka, M. Wakasugi, K. Yamada, T. Yamaguchi, Y. Yamaguchi, and Rare-RI Ring collaboration
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. 6 Volume: 6 Pages: 030119/1-4
  • DOI: 10.7566/JPSCP.6.030119
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct mass measurements of neutron-rich 86Kr projectile fragments and the persistence of neutron magic number N=32 in Sc isotopes (2015)
  • Author(s): XU Xing, WANG Meng, ZHANG Yu-Hu, XU Hu-Shan, SHUAI Peng, TU Xiao-Lin, Yuri A. Litvinov, ZHOU Xiao-Hong, SUN Bao-Hua, YUAN You-Jin, et al.
  • Journal Title: Chin. Phys. C Volume: 39 Pages: 104001/1-5
  • DOI: 10.1088/1674-1137/39/10/104001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Investigation of the nuclear matter distribution of 56Ni by elastic proton scattering in inverse kinematics (2015)
  • Author(s): M von Schmid, S Bagchi, S Boenig, M Csatlos, I Dillmann, C Dimopoulou, P Egelhof, V Eremin, T Furuno, H Geissel, et al.
  • Journal Title: Phys. Scr. Volume: T166 Pages: 014005/1-4
  • DOI: 10.1088/0031-8949/2015/T166/014005
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Fast-kicker system for rare-RI ring (2015)
  • Author(s): Y Yamaguchi, H Miura, M Wakasugi, Y Abe, A Ozawa, F Suzaki, A Tokuchi, T Uesaka, T Yamaguchi and Y Yano
  • Journal Title: Phys. Scr. Volume: T166 Pages: 014056/1-4
  • DOI: 10.1088/0031-8949/2015/T166/014056
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A resonant Schottky pick-up for Rare-RI Ring at RIKEN (2015)
  • Author(s): F Suzaki, Y Abe, A Ozawa, T Suzuki, T Uesaka, M Wakasugi, K Yamada, T Yamaguchi, Y Yamaguchi and J Zenihiro and the Rare-RI Ring collaboration
  • Journal Title: Phys. Scr. Volume: T166 Pages: 014059/1-4
  • DOI: 10.1088/0031-8949/2015/T166/014059
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Isoscalar giant resonance studies in a stored-beam experiment within EXL (2015)
  • Author(s): J C Zamora, S Bagchi, S Boenig, M Csatlos, I Dillmann, C Dimopoulou, P Egelhof, V Eremin, T Furuno, H Geissel, et al.
  • Journal Title: Phys. Scr. Volume: T166 Pages: 014006/1-4
  • DOI: 10.1088/0031-8949/2015/T166/014006
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Study of projectile fragmentation reaction with isochronous mass spectrometry (2015)
  • Author(s): X L Tu, B Mei, Y H Zhang, H S Xu, Yu A Litvinov, W J Huang, Z Podolyak, A Kelic-Heil, W Zhang, S A Litvinov, et al.
  • Journal Title: Phys. Scr. Volume: T166 Pages: 014009/1-4
  • DOI: 10.1088/0031-8949/2015/T166/014009
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Isochronous field study of the Rare-RI Ring (2015)
  • Author(s): Y Abe, Y Yamaguchi, M Wakasugi, T Uesaka, A Ozawa, F Suzaki, D Nagae, H Miura, T Yamaguchi and Y Yano
  • Journal Title: Phys. Scr. Volume: T166 Pages: 014047/1-4
  • DOI: 10.1088/0031-8949/2015/T166/014047
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Present status of Rare-RI Ring facility at RIBF (2015)
  • Author(s): T Yamaguchi for the Rare-RI Ring collaboration
  • Journal Title: Phys. Scr. Volume: T166 Pages: 014039/1-6
  • DOI: 10.1088/0031-8949/2015/T166/014039
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 稀少RIリングのための共鳴ショットキーピックアップのオンライン性能試験 (2016)
  • Author(s): 洲嵜ふみ
  • Organizer: 日本物理学会2016年年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学泉キャンパス（宮城県・仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] 稀少RIリング個別入射方式のための同軸管開発 (2015)
  • Author(s): 大甕舜一朗
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学杉本キャンパス（大阪府・大阪市）
  • Year and Date: 2015-09-25 – 2015-09-28