新元素の発見に向けたイオン蓄積リング法の基礎開発

• 研究課題/領域番号: 16K13799
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 山口 貴之 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (10375595)
• 研究協力者: 森本 幸司 理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, チームリーダー (00332247) ; 西室 国光 埼玉大学, 理工学研究科, 大学院生
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2018年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2016年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
• キーワード: 実験核物理 / ショットキーピックアップ / イオン蓄積リング

研究成果の概要

本研究は、次世代の新元素の識別方法として、蓄積リングに新元素を蓄積し、ショットキーピックアップ法によって新元素を１個から確実に識別する方法を提案する。蓄積リングに新元素を周回させられれば、たとえ短寿命のうちにアルファ崩壊しても親核を一義的に同定することができる。本研究は、この方法を実現に近づけるために、ショットキーピックアップの基礎研究を行うことを目的とした。本研究では、共鳴空洞の高感度化、小型化を目指し、3次元電磁場シミュレーションを行い、プロトタイプを設計製作およびオフライン試験を行った。その結果、陽子1個を1.5秒で識別することができる性能を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

理研加速器の大強度ビームと気体充填型反跳分離装置GARISを用いた10年以上にもおよぶ長期実験において、原子番号113番元素が合成され、ニホニウムと命名されるに至った。この実験ではニホニウムからα崩壊連鎖して放出されるα粒子の相関を用いて、合成が証明された。しかし、今後の新元素探索に於いて合成確率が下がること、また、崩壊中に核分裂する確率があることから、新しい識別方法が望まれている。本研究では蓄積リング中に周回させた新元素を1粒子から同定するショットキーピックアップ法の開発を行った。開発したショットキーでは約1.5秒で陽子1個を識別できるため、新しい新元素合成実験に向けて応用が期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Isochronous mass measurements of Tz = -1 fp-shell nuclei from projectile fragmentation of 58Ni (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. H. Zhang, P. Zhang, X. H. Zhou, M. Wang, Yu. A. Litvinov, H. S. Xu, X. Xu, P. Shuai, Y. H. Lam, R. J. Chen, et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. C 巻: 98 号: 1 ページ: 014319-014319
  • DOI: 10.1103/physrevc.98.014319
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Masses of the Tz = －3/2 nuclei 27P and 29S (2018)
  • 著者名/発表者名: C. Y. Fu, Y. H. Zhang, X. H. Zhou, M. Wang, Yu. A. Litvinov, K. Blaum, H. S. Xu, X. Xu, P. Shuai, Y. H. Lam, et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. C 巻: 98 号: 1 ページ: 014315-014315
  • DOI: 10.1103/physrevc.98.014315
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mass measurements of neutron-deficient Y, Zr, and Nb isotopes and their impact on rp and νp nucleosynthesis processes (2018)
  • 著者名/発表者名: Y.M. Xing, K.A. Li, Y.H. Zhang, X.H. Zhou, M. Wang, Yu.A. Litvinov, K. Blaum, S. Wanajo, S. Kubono, G. Martinez-Pinedo, et al.
  • 雑誌名: Phys. Lett. B 巻: 781 ページ: 358-363
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2018.04.009
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Determination of fusion barrie distributions from quasielastic scattering cross sections towards superheavy nuclei synthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Tanaka, Y. Narikiyo, K. Morita, K. Fujita, D. Kaji, K. Morimoto, S. Yamaki, Y. Wakabayashi, K. Tanaka, M. Takeyama, et al.
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 87 号: 1 ページ: 014201-014201
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.014201
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nuclear-matter radius studies from 58Ni(α,α) experiments at the GSI Experimental Storage Ring with the EXL facility (2017)
  • 著者名/発表者名: J. C. Zamora, T. Aumann, S. Bagchi, S. Boenig, M. Csatlos, I. Dillmann, C. Dimopoulou, P. Egelhof, V. Eremin, T. Furuno, et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. C 巻: 96 号: 3 ページ: 034617-034617
  • DOI: 10.1103/physrevc.96.034617
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Half-life measurement of short-lived 94mRu44+ using isochronous mass spectrometry (2017)
  • 著者名/発表者名: Q. Zeng, M. Wang, X. H. Zhou, Y. H. Zhang, X. L. Tu, X. C. Chen, X. Xu, Yu. A. Litvinov, H. S. Xu, K. Blaum, et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. C 巻: 96 号: 3 ページ: 031303-031303
  • DOI: 10.1103/physrevc.96.031303
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Application of isochronous mass spectrometry for the study of angular momentum population in projectile fragmentation reactions (2017)
  • 著者名/発表者名: X. L. Tu, A. Kelic-Heil, Yu. A. Litvinov, Zs. Podolyak, Y. H. Zhang, W. J. Huang, H. S. Xu, K. Blaum, F. Bosch, R. J. Chen, et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. C 巻: 95 号: 1 ページ: 014610-014610
  • DOI: 10.1103/physrevc.95.014610
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High-precision QEC values of super allowed 0+ -> 0+ b-emitters 46Cr, 50Fe, and 54Ni (2017)
  • 著者名/発表者名: P. Zhang, X. Xu, P. Shuai, R.J. Chen, X.L. Yan, Y.H. Zhang, M. Wang, Yu.A. Litvinov, K. Blaum, H.S. Xu, et al.
  • 雑誌名: Phys. Lett. B 巻: 767 ページ: 20-24
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2017.01.039
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Study of the reaction 48Ca + 248Cm → 296Lv* at RIKEN-GARIS (2017)
  • 著者名/発表者名: D. Kaji, K. Morita, K. Morimoto, H. Haba, M. Asai, K. Fujita, Z. Gan, H. Geissel, H. Hasebe, S. Hofmann, M. Huang, Y. Komori, L. Ma, J. Maurer, M. Murakami, M. Takeyama, F. Tokanai, T. Tanaka, Y. Wakabayashi, T. Yamaguchi, S. Yamaki, and A. Yoshida
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 86 号: 3 ページ: 034201-034201
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.034201
  • NAID: 210000134293
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] First direct mass measurements of stored neutron-rich 129,130,131Cd isotopes with FRS-ESR (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Knoebel, M. Diwisch, F. Bosch, D. Boutin, L. Chen, C. Dimopoulou, A. Dolinskii, B. Franczak, B. Franzke, H. Geissel, et al.
  • 雑誌名: Phys. Lett. B 巻: 754 ページ: 288-293
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2016.01.039
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] New results from isochronous mass measurements of neutron-rich uranium fission fragments with the FRS-ESR-facility at GSI (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Knoebel, M. Diwisch, H. Geissel, Yu. A. Litvinov, Z. Patyk, W. R. Plass, C. Scheidenberger, B. Sun, H. Weick, F. Bosch, et al.
  • 雑誌名: Eur. Phys. J. A 巻: 52 号: 5 ページ: 138-148
  • DOI: 10.1140/epja/i2016-16138-6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] First measurement of isoscalar giant resonances in a stored-beam experiment (2016)
  • 著者名/発表者名: J. C. Zamora, T. Furuno et al.
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 763 ページ: 16-19
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2016.10.015
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of the lowest T=2, Jpi =0 + isobaric analog state in 52Co and its impact on the understanding of b-decay properties of 52Ni (2016)
  • 著者名/発表者名: X. Xu, P. Zhang, P. Shuai, R. J. Chen, X. L. Yan, Y. H. Zhang, M. Wang, Yu. A. Litvinov, H. S. Xu, T. Bao, et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 117 号: 18
  • DOI: 10.1103/physrevlett.117.182503
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] R&D status of pulse shape analysis for short-lived decay of superheavy elements in GARIS-II (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Yamaki, K. Morimoto, D. Kaji, Y. Wakabayashi, M. Takeyama, K. Tanaka, T. Tanaka, H. Baba, T. Yamaguchi, T. Suzuki, K. Morita,
  • 雑誌名: Physical Sciences and Technology 巻: 3 ページ: 12-16
  • 査読あり
• [学会発表] Rare-RI Ring project in RIKEN and a proposal at CSRe (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Yamaguchi
  • 学会等名: Symposium on Precision Physics Experiments with Stored Highly Charged Ions at Low Energies
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Rare-RI Ring at RIKEN present status (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Yamaguchi
  • 学会等名: NUSTAR annual meeting 2017
  • 発表場所: GSI（ドイツ連邦共和国・ダルムシュタット）
  • 年月日: 2017-02-27
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Storage-ring mass spectrometry of exotic nuclei (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Yamaguchi
  • 学会等名: International symposium on RI beam physics in the 21st century: 10th anniversary of RIBF (RIKEN, Wako, Japan)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ILIMA project: isomeric beams, lifetimes and masses at the FAIR storage rings (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Yamaguchi
  • 学会等名: 10th International Conference on Nuclear Physics at Storage Rings (Kanazawa, Japan)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ILIMA status report (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Yamaguchi
  • 学会等名: NUSTAR week 2017 (Ljubljana, Slovenia)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] RI beam experiments with storage rings -present and future- (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Yamaguchi
  • 学会等名: 藤原セミナー
  • 発表場所: 下田東急ホテル（静岡県・下田市）
  • 年月日: 2016-07-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] R&D status on pulse shape analysis for short-lived decay of superheavy elements in GARIS-II (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Yamaki
  • 学会等名: III International workshop Nuclear physics and astrophysics
  • 発表場所: AL-FARABI KAZAKH NATIONAL UNIVERSITY（カザフスタン共和国・アルマトイ）
  • 年月日: 2016-04-14
  • 国際学会