r-過程解明に向けたブランクスポット領域核の質量測定開拓

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H02096
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 宮武 宇也 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (50190799)
• 研究分担者: 平山 賀一 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 研究機関講師 (30391733) ; 石山 博恒 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 研究機関講師 (50321534) ; 渡邉 裕 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 研究機関講師 (50353363)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: レーザー共鳴イオン化 / 多重反射型飛行時間測定式質量測定器

研究実績の概要

本研究で測定対象としているタングステン（Z=74)から白金(Z=78)までの中性子過剰短寿命核をレーザー共鳴イオン化するため、イオン化経路探索が必要であった。そのためにH26年から開発を進めていた質量分離可能なイオン化テストチェンバーを完成させ性能確認を行った。この装置による系統的探索を続行している。ビーム実験においては、198,199Pt同位体に対するレーザーの共鳴波長分布を測定できた。この情報はレーザー波長を広げてイオン化効率を向上させる上で貴重である。他方、この測定によって得られた超微細構造分岐から、未知であった199Ptの核磁気モーメントが得られる見通しである。
共鳴イオン化した元素はアルゴンと結合した分子状イオンとなって、イオン化効率の低減及び本測定におけるバックグランド源となっていた。そこで効率向上の開発では、アルゴンガスセル直下流のイオン引出し系であるイオンガイドを直列２段構造とし、その間隙に電場を印加することで、分子状イオンの乖離に成功した。
本研究に用いる元素選択型質量分離器(KISS)への多重反射型飛行時間式質量測定器(MR-TOF)導入に向けた入射系の開発では、同様の入射部を持つガス充填型反跳イオン分析器(GARIS)に結合されたMR-TOFのよる質量測定実験において、日常的開発を進めた。ちなみにGARIS+MR-TOFの実験では、重原子核領域での質量精密測定に成功した。
入射部の中心部をなすヘリウムガスセルクーラーバンチャーのオフライン開発では、ガスセルからのイオン引き出しに用いる高周波カーペットの効率(~100%)が測定できた。目標とする全系での測定効率30%以上は、充分達成できる見通しである。

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

イオン化経路の系統的探索については、当初計画よりも若干の遅れはあるが、日常的試験ができる環境が整備されたことで、今後の進展が望める。
他方、KISSイオン化効率向上という観点からは、本研究計画に含めていなかったガスセルチャンバー内の改造により、大いに改善が図られた。
またMR-TOFのKISS入射部の開発研究は順調に進展しており、来年度には予定通り実機を完成させられるであろう。
MR-TOF用ビームラインの設置については、当初要求の予算額削減のため、本年度製作は断念したので、来年度費用およびKEKの運行金での建設を検討する。

今後の研究の推進方策

懸案となる項目は、MR-TOF用のKISSビームライン増設を本年度見送った点にある。他方、MR－TOF及び入射部の開発は順調であった。そこで、来年度は、一部計画を変更して、MR-TOFと入射部を結合させた全系の性能試験を、現状のオフライン試験の場所で進めたい。この系には、独自の試験用イオン源も搭載される予定なので、KISSからのビームを使わずとも当初の計画に沿った開発研究が行える。
KISSビームライン設置は、既存チャンバーなどの有効利用を追求し、コスト削減に務めたうえで、科研費の一部およびKEKの運営費交付金で遂行することとし、今年度内のMR-TOF系のKISSビームらいへの組み込みを目指したい。

備考

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研究成果

• [国際共同研究] 基礎科学研究院(Institute for Basic Science)(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: 基礎科学研究院(Institute for Basic Science)
• [国際共同研究] KU Leuven university(ベルギー)
  • 国名: ベルギー
  • 外国機関名: KU Leuven university
• [雑誌論文] On-line experimental results of an argon gas cell-based laser ion source (KEK Isotope Separation System) (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirayama, Y., Watanabe, Y.X., Imai, N., Ishiyama, H., Jeong, S.C., Jung, H.S., Miyatake, H., Oyaizu, M., Kimura, S., Mukai, M., Kim, Y.H., Sonoda, T., Wada, M., Huyse, M., Kudryavtsev, Y., Van Duppen, P.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 巻: 376 ページ: 52-56
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2016.03.031
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Search for efficient laser resonance ionization schemes of tantalum using a newly developed time-of-flight mass-spectrometer in KISS (2016)
  • 著者名/発表者名: Mukai, M., Hirayama, Y., Ishiyama, H., Jung, H.S., Miyatake, H., Oyaizu, M., Watanabe, Y.X., Kimura, S., Ozawa, A., Jeong, S.C., Sonoda, T.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 巻: 376 ページ: 73-76
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2016.02.017
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Beta-decay spectroscopy of r-process nuclei around N = 126 (2016)
  • 著者名/発表者名: HIrayama, Y., Miyatake, H., Watanabe, Y.X., Imai, N., Ishiyama, H., Jeong, S.C., Jung, H.S., Oyaizu, M., Mukai, M., Kimura, S., Sonoda, T., Wada, M., Kim, Y.H., Huyse, M., Kudryavtsev, Yu., Van Duppen, P.
  • 雑誌名: European Physical Journal 巻: 109 ページ: 08001
  • DOI: 10.1051/epjconf/201610908001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Status of the low-energy super-heavy element facility at RIKEN (2016)
  • 著者名/発表者名: Schury, P., Wada, M., Ito, Y., Arai, F., Kaji, D., Kimura, S., Morimoto, K., Haba, H., Jeong, S., Koura, H., Miyatake, H., Morita, K., Reponen, M., Ozawa, A., Sonoda, T., Takamine, A., Wollnik, H.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2016.02.061
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of the detector system for β-decay spectroscopy at the KEK Isotope Separation System (2016)
  • 著者名/発表者名: Kimura, S., Ishiyama, H., Miyatake, H., Hirayama, Y., Watanabe, Y.X., Jung, H.S., Oyaizu, M., Mukai, M., Jeong, S.C., Ozawa, A.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pathway for the production of neutron-rich isotopes around the N=126 shell closure (2015)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, Y.X.,Kim, Y.H., Jeong, S.C., Hirayama, Y., Imai, N., Ishiyama, H., Jung, H.S., Miyatake, H., Choi, S., Song, J.S., Clement, E., De France, G., Navin, A., Rejmund, M., Schmitt, C., Pollarolo, G., Corradi, L., Fioretto, E., Montanari, D., Niikura, Mi, Suzuki, D., Nishibata, H., Takatsu, J.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 115 ページ: 172503
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.172503
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Laser ion source for multi-nucleon transfer reaction products (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirayama, Y., Watanabe, Y.X., Imai, N., (...), Kudryavtsev, Yu., Van Duppen, P.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 巻: 353 ページ: 4-15
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2015.04.001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Experimental study of multinucleon transfer reactions of 136Xe + 198Pt for KISS project (2016)
  • 著者名/発表者名: Y.X. Watanabe
  • 学会等名: 8th Japan-Italy Symposium
  • 発表場所: 理化学研究所(埼玉県、和光市）
  • 年月日: 2016-03-07 – 2016-03-10
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental study of multi-nucleon transfer reactions of 136Xe + 198Pt for KISS project (2015)
  • 著者名/発表者名: Y.X. Watanabe
  • 学会等名: The 9th Japan-China Joint Nuclear Physics Symposium (JCNP 2015)
  • 発表場所: 大阪大学銀杏会館（大阪府、吹田市）
  • 年月日: 2015-11-07 – 2015-11-12
  • 国際学会
• [学会発表] Beta-decay spectroscopy of r-process nuclei around N = 126 (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Hirayama
  • 学会等名: Origin of Matter and Evolution of Galaxies (OMEG2015)
  • 発表場所: Beijin, China
  • 年月日: 2015-06-24 – 2015-06-27
  • 国際学会
• [学会発表] Search for efficient laser resonance ionization schemes of tantalum using a newly developed time-of-flight mass-spectrometer in KISS (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Mukai
  • 学会等名: International Conference on Electromagnetic Isotope Separators and Related Topics (EMIS)
  • 発表場所: Michigan, USA
  • 年月日: 2015-05-11 – 2015-05-15
  • 国際学会
• [学会発表] Development of the detector system for β-decay spectroscopy at the KEK Isotope Separation System (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kimura
  • 学会等名: International Conference on Electromagnetic Isotope Separators and Related Topics (EMIS)
  • 発表場所: Michigan, USA
  • 年月日: 2015-05-11 – 2015-05-15
  • 国際学会
• [学会発表] Status of the low-energy super-heavy element facility at RIKEN (2015)
  • 著者名/発表者名: Schury, Peter
  • 学会等名: International Conference on Electromagnetic Isotope Separators and Related Topics (EMIS)
  • 発表場所: Michigan, USA
  • 年月日: 2015-05-11 – 2015-05-15
  • 国際学会
• [学会発表] On-line experimental results of an argon gas cell-based laser ion source (KEK Isotope Separation System) (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Hirayama
  • 学会等名: International Conference on Electromagnetic Isotope Separators and Related Topics (EMIS)
  • 発表場所: Michigan, USA
  • 年月日: 2015-05-11 – 2015-05-15
  • 国際学会
• [備考] IGLIS-net
  • URL: http://research.kek.jp/group/kekrnb/iglis-net/
• [備考] KEK RNB Group
  • URL: http://research.kek.jp/group/kekrnb/