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箱型Si検出器搭載の飛行時間検出器の開発

研究課題

研究課題/領域番号 23K13132
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分15020:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する実験
研究機関九州大学

研究代表者

庭瀬 暁隆  九州大学, 理学研究院, 助教 (50934006)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2025年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円)
2024年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2023年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワードSi検出器 / 飛行時間検出器 / α崩壊 / 超重元素 / MRTOF-MS / MRTOF質量分光器 / 精密質量測定
研究開始時の研究の概要

本研究の目的は、箱型に設置したSi検出器とアニューラ型MCP検出器によって構成された新しい飛行時間検出器、"箱型α-TOF"を開発し、理研GARIS-IIに結合されているMRTOF質量分光器への導入を行い、超重元素同位体の精密質量とそれに続いたα崩壊連鎖の相関測定を実現することである。本研究では、箱型α-TOFのオフライン・オンライン試験後に、106番元素シーボーギウム同位体259Sgの精密質量と、それに続いたα崩壊連鎖の相関測定を行う。

研究実績の概要

本研究では,飛行時間とα崩壊連鎖の相関測定を目指して,箱型α-TOF検出器の開発を実施。オフライン・オンラインでの性能評価を経たのちに,原子番号104番を超えるような超重元素の精密質量測定実験へ導入させ,質量と崩壊連鎖の相関測定を実施することを目的としている。
本年度は検出器を構成する底面用Si検出器やアニューラ型MCPを用意し,またオフラインテストに使用するテストベンチの整備を行い,検出器のテスト環境を整えた。実験で使用するプリアンプチップCremat CR110を手配し,評価基板を用いて側面用検出器S-3590を用いて検出器群のテストを実施した。併せてイオン光学シミュレーションソフトSIMIONと3D CAD設計ソフトSolid worksを組み合わせることで検出器系の配置とイオン光学系の検討をした。これらの途中成果については,国内外で実施された幾つかの国際会議・研究会にて報告を行なった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

検出器を構成する底面用Si検出器やアニューラ型MCPおよび側面検出器の剪定した。底面検出器は1mm厚の透過型Si検出器を2枚重ねたMicron社のMSX-03を剪定,アニューラ型MCPはLPD-25をそれぞれ剪定した。側面検出器は従来型のα-TOF検出器で使用している浜松ホトニクス社のS-3590を剪定した。
九州大学内の実験室にオフラインテストに使用するテストベンチを設置・整備を行い,検出器のテスト環境を整えた。実験で使用するプリアンプチップCremat CR110を手配し,評価基板を用いて側面用検出器S-3590を用いて241Am線源を用いた検出器評価を実施した。半値全幅値で20keVを切る実験環境の構築に成功し,今後の検出器テストを実施できる環境が整った。
併せてイオン光学シミュレーションソフトSIMIONと3D CAD設計ソフトSolid worksを組み合わせることで検出器系の配置とイオン光学系の検討をした。これらの途中成果については,国内外で実施された幾つかの国際会議・研究会にて報告を行なった。

今後の研究の推進方策

今後の直近の方針として,本年度までに検討していた検出器系をオフラインテストベンチに構築し,線源を用いた性能評価試験を実施したい。241Am線源を用いてα線およびタイミング信号の検出効率を評価し,最適な配置を実験的に確認する。またBusch型のMCP-TOF検出器と組み合わせて,TOF-崩壊の相関測定を,九州大学加速器ビーム・応用科学センターのタンデム加速器を用いて実施する予定である。
テストベンチおよび九大タンデム加速器での性能評価が終了した後に検出器系を理化学研究所の加速器施設へ移動させ,多重反射型飛行時間測定式質量分光器MRTOF-MSへと導入し,融合反応によって生成される短寿命核を用いた,精密質量とα崩壊連鎖の相関測定を実施していく予定である。

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2023

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Decay-correlated mass measurement technique via multi-reflection time-of-flight mass spectrograph with the α/β-TOF detector2023

    • 著者名/発表者名
      Niwase T.、Wada M.、Schury P.、Rosenbusch M.、Kaji D.、Morimoto K.、Kimura S.、Xian W.
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms

      巻: 541 ページ: 197-199

    • DOI

      10.1016/j.nimb.2023.05.011

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multi-Reflection Time-of-Flight Mass Spectroscopy for Superheavy Nuclides2023

    • 著者名/発表者名
      Schury Peter、Ito Yuta、Niwase Toshitaka、Wada Michiharu
    • 雑誌名

      Atoms

      巻: 11 号: 10 ページ: 134-134

    • DOI

      10.3390/atoms11100134

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Direct mass measurement of superheavy nuclides produced by fusion-evaporation reactions2023

    • 著者名/発表者名
      T. Niwase
    • 学会等名
      FUSION23
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High-precision mass measurement of the actinide nuclides via MRTOF-MS of the KEK Isotope Separation System2023

    • 著者名/発表者名
      T. Niwase
    • 学会等名
      SMI2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] MRTOFを用いた質量測定と核反応研究2023

    • 著者名/発表者名
      庭瀬 暁隆
    • 学会等名
      12th SSRI
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] High-precision direct mass measurement of (super)heavy nuclides with MRTOF via GARIS-II and KISS setups2023

    • 著者名/発表者名
      T. Niwase
    • 学会等名
      TASCA23
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高精度質量分析器による蒸発残留核断面積の励起関数測定2023

    • 著者名/発表者名
      庭瀬 暁隆
    • 学会等名
      日本放射化学会 第67回討論会(2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

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公開日: 2023-04-13   更新日: 2024-12-25  

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