電子ビームによる短寿命不安定核の光吸収断面積測定新手法の開発

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26610053
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 須田 利美 東北大学, 電子光理学研究センター, 教授 (30202138)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 短寿命不安定核 / 電子散乱 / SCRIT法 / 光吸収過程 / 双極子巨大共鳴

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、最もクリーンな電磁プローブである電子ビームを利用した短寿命不安定核の光吸収断面積の双極子巨大共鳴を含む広いγ線のエネルギー領域に渡って測定する手法の開発である。安定核ではγ線ビームや電子ビームによる数多くの測定があり外場に対する原子核の応答を含め詳細な研究が行われたが、短寿命不安定核では従来電子線やγ線を使った測定が不可能だったことも有り測定例がないばかりか、測定法そのものも確立していない状況である。
本研究はこの壁を打ち破る測定手法の開発を目指し、我々が発明した電子散乱による不安定核構造研究を可能にするSCRIT法（科研費基盤S、代表者：須田利美、H22～26年度）を応用するものである。
原子核励起によりエネルギーを失った電子を検出するための検出器（ファイバーシンチレータ＋マルチアノード（４ｘ４）光電子増倍管）２台を設置し、周回大電流環境下でもエネルギーを失った電子を問題なく計測できることを確認した。本事象同定上、深刻なバックグランドとなるのは発生確率が約１０００倍大きい標的原子核での制動輻射γ線過程である。進行方向に制動輻射γ線を放出した電子と原子核を励起した電子を弁別するには、超前方に放出された制動輻射γ線を測定する以外に方法はない。
超前方に放出されたγ線を測定する電磁カロリーメータを利用して、エネルギー損出電子と制動輻射γ線との同時計数も試みた。その結果、問題なく制動輻射事象は同定できることを確認した。制動輻射γ線の検出効率は、γ線通過開口部など加速器側の制限より現在約５０％にとどまっており、完全に制動輻射γ線事象を除去出来ないが、大電流が周回している電子蓄積リング内でエネルギーの低い電子を問題なく検出できたこと、並びに制動輻射γ線の同時計数により光吸収事象測定上バックグランドとなる制動輻射過程の同定が可能であることを示すことができた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

検出器の動作環境の調査やバックグランド制動輻射過程の同定確認などの懸案事項については概ね順調に進み、SCRIT法と超前方散乱電子検出器により、電子線を利用した短寿命不安定核の光吸収断面積測定が可能であることを確認することができた。また、光吸収実験遂行上、最大のバックグランドである制動輻射事象を、超前方散乱電子検出器と０°方向に放出される制動輻射γ線の同時計数をとることも確認できた。即ち、原理的にはバックグランドである制動輻射γ線事象は、測定可能、従って除去出来ることを確かめることができた。
さて当初、電子線と標的原子核の衝突ルミノシティーとして 10**27 /cm2/s を予定したが、そこまでルミノシティーが届かず測定は10**2６ /cm2/sで行った。その後のSCRIT装置の高度化で、現在では 10**27 /cm2/s が達成されており、平成２８年度に再度測定を行う予定としている。このように当初の予定より１年遅れることにはなったが、本挑戦的萌芽研究で設定していた実験研究可能性を判断するに必要なデータは既に取得できている。

Strategy for Future Research Activity

電子線を利用した短寿命不安定核の光吸収断面積の測定法自体のメドは立った。これ自体もいままで全く検討されてこなかった測定法であり、測定法確立自体も学術的に大変重要であると考える。【現在までの進捗状況】で述べたが、実験時には低かったルミノシティーもその後の努力で目標値に届くようになった。現在更なる高ルミノシティーに向けたSCRIT装置高度化を継続しており、十分ルミノシティーが高い状態で再度測定する予定である。

Causes of Carryover

目標ルミノシティー達成に時間がかかったが、ようやく 10**27/cm2/s のルミノシティーでの測定が可能になった。来年度まで補助事業期間を延長し（承認済み）、測定を継続する。測定内容は、原子核を光励起しエネルギーを失った超前方散乱電子を蓄積リング内の電磁石内に設置した電子検出器で測定する。同時に制動輻射バックグランド事象除去のため、０°方向にルミノシティーモニターとして設置されているγ線カロリーメータで制動輻射γ線を検出し超前方散乱電子用検出器との同時計数をとる。そして、SCRIT標的で標的核を捕獲した場合と入射しない場合の差から、標的核による超前方散乱電子数を割り出し、更にそのうち制動輻射γ線を伴わない事象を弁別することで、光吸収事象の同定を目指す。

Expenditure Plan for Carryover Budget

１）検出器用ジグなどの製作費、ケーブル・コネクター等の消耗品の購入
２）理研での実験用旅費
３）研究会での成果報告のための旅費

Research Products

• [Int'l Joint Research] 山東大学/北京大学(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: 山東大学/北京大学
• [Int'l Joint Research] ヨハネスブルグ大学(南アフリカ)
  • Country Name: SOUTH AFRICA
  • Counterpart Institution: ヨハネスブルグ大学
• [Int'l Joint Research] ミラノ大学(イタリア)
  • Country Name: ITALY
  • Counterpart Institution: ミラノ大学
• [Journal Article] The SCRIT electron scattering facility project at RIKEN RI beam factory (2015)
  • Author(s): T Ohnishi, A Enokizono, M Hara, T Hori, S Ichikawa, K Kurita, S Matsuo, T Suda, T Tamae, M Togasaki, K Tsukada, T Tsuru, S Wang, S Yoneyama and M Wakasugi
  • Journal Title: Physics Scripta Volume: T166 Pages: 014071 (5pp)
  • DOI: 10.1088/0031-8949/2015/T166/014071
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] SCRIT Electron Scattering Facility (2015)
  • Author(s): Toshimi Suda, Akitomo Enozokizono, Masahiro Hara, Yuji Haraguchi, Sin’ichi Ichikawa, Kazuyoshi Kurita, Saki Matsuo, Tetsuya Ohnishi, Tadaaki Tamae, Mamoru Togasaki,Kyo Tsukada,Teruaki Tsuru, Shuo Wang, Shunpei Yoneyama and Masanori Wakasugi
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 6 Pages: 030100
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7566/JPSCP.6.030100
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] SCRIT法を用いた電子・不安定核散乱実験に向けた電子スペクトロメータのアクセプタンス評価 (2016)
  • Author(s): 塚田暁,市川進一,榎園昭智,大西哲哉,栗田和好, 古小路裕樹 須田利美, 玉江忠明,水流輝明,戸ケ崎衛,原雅弘,堀利匡, 松田一衛,山田耕平,若杉昌徳,渡辺正満
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-21
• [Presentation] SCRIT法を用いたXe同位体標的における電子散乱のルミノシティ測定 (2016)
  • Author(s): 榎園昭智,塚田暁,市川進一,大西哲哉,栗田和好, 古小路裕樹 須田利美, 玉江忠明,水流輝明,戸ケ崎衛,原雅弘,堀利匡, 松田一衛,山田耕平,若杉昌徳,渡辺正満
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-21
• [Presentation] SCRIT法を用いたXe同位体標的における電子散乱の角度分布測定 (2015)
  • Author(s): 塚田暁, 足立江介，市川進一，榎園昭智、大西哲哉，栗田和好，須田利美， 玉江忠明，水流照明，戸ヶ崎衛，原正弘，藤田峻広，堀利匡，堀充希， 松田一衛，山田耕平，若杉昌徳，渡辺正満
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学（大阪府大阪）
  • Year and Date: 2015-10-27
• [Presentation] SCRIT法を用いた電子・不安定核散乱実験に向けたルミノシティ決定精度の評価 (2015)
  • Author(s): 榎園昭智、塚田暁, 足立江介，市川進一，大西哲哉，栗田和好，須田利美， 玉江忠明，水流照明，戸ヶ崎衛，原正弘，藤田峻広，堀利匡，堀充希， 松田一衛，山田耕平，若杉昌徳，渡辺正満
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学（大阪府大阪）
  • Year and Date: 2015-10-26
• [Presentation] Commissioning of SCRIT electron scattering facility (2015)
  • Author(s): K.Tsukada, A.Enokizono, K.Kurita, T.Ohnishi, T.Suda, T.Tamae, M.Togasaki, T.Tsuru, K.Yamada, M.Wakasugi, M.Watanabe
  • Organizer: RIBF International Users meeting 2015
  • Place of Presentation: 理化学研究所（埼玉県和光市）
  • Year and Date: 2015-09-10
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] SCRIT実験
  • URL: http://www.lns.tohoku.ac.jp/%7Escrit/SCRIT_Sendai_e/SCRIT_Sendai_e/SCRIT_MainPage.html
• [Remarks] SCRIT group
  • URL: http://www.riken.jp/en/research/labs/rnc/instrum_dev/scrit/