レーザー共鳴イオン化法による超低速ミュオンの開発とその応用

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11559019
• 研究機関: 高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 三宅 康博 高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教授 (80209882)
• 研究分担者: 西山 樟生 高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (50164611) ; 下村 浩一郎 高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助手 (60242103) ; 永嶺 謙忠 高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (50010947) ; 松田 恭幸 理科学研究所, ミュオン科学, 研究員
• キーワード: ミュオン / 偏極 / スピン / 超低速ミュオン / 物性 / 水素原子 / 表面 / レーザー

研究概要

超低速ミュオン生成の骨子は第1に、真空中での熱エネルギーミュオニウム(記号Mu;(μ^+e^-))生成から始まり、第2にこの真空中に漂いでてきたMuを真空紫外レーザー光(ライマンα光)によって効率良くイオン化し、電子を剥ぎ取り、第3に生成した超低速ミュオンを効率よく引き出すというものである。本科研費の研究計画は、超低速ミュオン生成に向けて、既存の静電四重極レンズ、静電ミラー、質量分離用磁石等のパーツを利用し、バックグランドの小さい測定を可能とするTOF測定の為の装置を組み上げる事に始まった。続いて、生成したライマンα光をシリンドリカルレンズ等で、引き出し電極周辺でのレーザー光のサイズの最適化を行う技術開発。そのためにライマンα光の絶対強度と効率的なアラインメントを可能にするNOセルを製作・開発を計画した。最終的には標的の表面条件や、温度条件の最適化を計り、低速ミュオンの収率を上げ、強度を強化したライマンα光を用いての超低速ミュオン生成実験を行うことを目標としていた。
波長121mm近辺の真空紫外光(VUV光)を直接発振するレーザーは、今現在世の中に存在しない。そこで、Marangos等によって提案されたクリプトン(Kr)の四波共鳴差周波混合法を導入した。この手法ではKrの4p^55p[1/2]_0準位に対応する2光子共鳴波長212.55nm(ω_r)と、その共鳴準位と実際に必要なライマンα光の差に相当する差周波(ω_t)を、Krガス中で時間的にも空間的にも重ね合わせることによってライマンα光(ωvuv=2ω_r-ω_t)が生成される。Muの共鳴イオン化し、超低速ミュオンを得るためには、差周波の波長を820.3nm近傍で掃印し(ライマンα光122.09nmに相当)、且つMass/Qの操引を1/9周辺で行えば理論的は良いはずである。2001年8月に最初のテスト実験を行い、加速器で得られる高エネルギーの表面ミュオンビームを減速して超低速ミュオンの発生に成功した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Miyake et al.: "Therminic Emission ofMu, H, D and T from hot W"Surface Science. 433-435. 785-789 (1999)
• [文献書誌] Y.Miyake et al.: "Construction of the expetirnental set-up for ultra slow muon generation by Thermal Mu ionization method at RIKEN-RAL"Physica B,. 289-290. 666-669 (2000)
• [文献書誌] 三宅康博: "低速ミュオンの発生法の開発と、関連して得られたタングステン表面における水素原子同位体脱離過程の研究"真空(J. Vac. Soc. Jpn.). 43巻2号. 126-134 (2000)
• [文献書誌] 三宅康博: "ライマンαを用いた超低速ミュオン研究最前線"光学. 29巻11号. 696-701 (2000)
• [文献書誌] Y.Miyake et al.: "Ultra Slow Muon Generation by Laser Resonant Ionization Towards the 21^<st> Century"Rad. Phys. Chem.. 60/4-5. 521-524 (2001)
• [文献書誌] Y.Miyake et al.: "Improvement of the detection limit of hydrogen by Lyman-α RIS"Resonance Ionization Spectroscopy. RIS2000. 20-25 (2001)
• [文献書誌] Y.Miyake et al.: "A new method to obtain a 212 nm laser source for Lyman-a light with CLBO crystals"Resonance Ionization Spectroscopy. RIS2000. 285-290 (2001)
• [文献書誌] Y.Matsuda et al.: "Upgrading RIKEN-RAL Muon Facility(To be published)"Hyperfine Interactions. (2002)
• [文献書誌] Y.Miyake et al.: "Ultra-sensitive detection of hydrogen isotopes by Lyman-α RIS(To be published)"Journal of Nuclear Science and Technology. (2002)