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

2016 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) ; 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

KISSのイオン引き出し効率向上に向けて、一次ビームをガスセルに入射させないためのドーナッツ型ガスセルの採用とガスセル外側に回転標的を設置するとともに、ガスセル周囲のアルゴンガスを一掃して高真空環境を実現した。これにより、従来よりも１０倍高い短寿命核イオンの引き出しができるようになった。
共鳴イオン化経路探索においては、Ptの超微細構造測定とともに、十分な統計量でIrの超微細構造測定に成功した。結果は解析中であるが、未知量であった197,198 Irについての荷電半径シフト量や核磁気モーメントが得られるものと期待している。先に測定された199Ptについての結果は現在出版準備中である。
並行して進められたMRTOFシステムの開発は、主にGARISに設置した原型器による性能向上開発が行われた。その結果この年だけで、重核領域における71核種の質量測定を行い、３０以上の未知質量の測定に成功した。また中質量核領域においても、質量決定精度10keV以下という実績を生み出すことができた。さらに重核領域において低温ガスセルからMRTOFに引き出される多くの短寿命核イオンが2+の電荷状態になっていることを初めて見出された。
KISSに設置すべきMRTOFシステムの検討については、KISSビームのMRTOFへのビーム偏向装置が設置された。詳細なイオン光学シミュレーション計算の結果、二重集束型の偏向電場を採用している。偏向されたKISSビームは、四台の四重極電場で収束され、直径2mmのビーム像で入射用ガスセルに打ち込まれる。ビーム偏向装置から平板トラップを経てMRTOF本体に至るまでの全系の最適化・設計詳細が終了した。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

MRTOF原型器における、0.1%程度と低いシステムの測定効率の原因解明に手間取った。その影響でKISSに設置するシステムの詳細設計を終了できなかった。結果的には、2+電荷状態として引き出される現象を突き止められたので、当初の設計概念のまま進めても課題を残さないことが判明した。
他方で、気体充填型質量分離器(GARIS)に設置したMRTOF原型器による画期的質量測定及びKISSガスセル周辺のイオン引き出し効率向上に向けた大改造とその試験を優先させたため、MRTOFシステムの設計・製作にマンパワー及び資金の注入が困難となった面もある。当初計画よりも約１年近く伸びた装置設置になってはいるが、本年度内には性能試験を経て、実験課題申請にまで行き着けるものと期待している。

今後の研究の推進方策

H28年度に得られた、KISSビーム引き出し性能向上、199Pt, 197,198Irの超微細構造測定、重核領域の質量測定、中質量核領域での超高精度質量測定、低温ガスセルによるたかイオン引き出し現象など、様々な物理測定及び開発成果をいち早く公表する。
本研究の最終目標に関しては、６月中にKISSビーム偏向装置及び４台の四重極電場ビーム輸送系の性能試験を終えて、８月にはシステム全体を設置。９、１０月かけてKISSからのPt, Irなどの安定同位元素の質量測定を開始する。これらの結果をもとに、N=126周辺の中性子過剰短寿命核に関する質量測定課題を１２月の実験課題審査会に申請する。

備考

和光原子核科学センターでは、本研究の他にもいくつかの研究活動の紹介を行なっている。
IGLIS-netでは、KISSに用いられているレーザー共鳴イオン化手法によるイオン化技術、核分光研究などの国際的情報交換プラットホームを提供している。

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] First online multireflection time-of-flight mass measurements of isobar chains produced by fusion-evaporation reactions: Toward identification of superheavy elements via mass spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Schury, P., Wada, M., Ito, Y., Kaji, D., Arai, F., MacCormick, M., Murray, I., Haba, H., Jeong, S., Kimura, S., Koura, H., Miyatake, H., Morimoto, K., Morita, K., Ozawa, A., Rosenbusch, M., Reponen, M., Soderstrom, P.-A., Takamine, A., Tanaka, T., Wollnik, H.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 95 ページ: 011305
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.95.011305
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nuclear spectroscopy of r-process nuclei around N = 126 using KISS (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirayama, Y., Watanabe, Y.X., Miyatake, H., Schury, P., Wada, M., Oyaizu, M., Kakiguchi, Y., Mukai, M., Kimura, S., Ahmed, M., Jeong, S.C., Moon, J.Y., Park, J.H.
  • 雑誌名: Nuovo Cimento della Societa Italiana di Fisica C 巻: 39 ページ: 359
  • DOI: 10.1393/ncc/i2016-16359-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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] tatus 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: 376 ページ: 425-428
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2016.02.061
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 重元素の網羅的質量測定の可能性と応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 和田道治
  • 学会等名: 日本物理学会 春の年会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府・豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
  • 招待講演
• [学会発表] Production of radioactive nuclei relevant to r-process by multinucleon transfer reactions for KISS (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡邉裕
  • 学会等名: 「第9 回停止・低速RI ビームを用いた核分光研究会」 & 「2017 超重元素の科学研究会」 合同研究会
  • 発表場所: 日本原子力研究開発機構（茨城県・東海村）
  • 年月日: 2017-03-05 – 2017-03-06
• [学会発表] Present status of KISS (2017)
  • 著者名/発表者名: 平山賀一
  • 学会等名: 「第9 回停止・低速RI ビームを用いた核分光研究会」 & 「2017 超重元素の科学研究会」 合同研究会
  • 発表場所: 日本原子力研究開発機構（茨城県・東海村）
  • 年月日: 2017-03-05 – 2017-03-06
• [学会発表] Precision mass measurements of trans-uranium nuclei with MRTOF at RIKEN (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤由太
  • 学会等名: 「第9 回停止・低速RI ビームを用いた核分光研究会」 & 「2017 超重元素の科学研究会」 合同研究会
  • 発表場所: 日本原子力研究開発機構（茨城県・東海村）
  • 年月日: 2017-03-05 – 2017-03-06
• [学会発表] Observation of doubly-charged ions of Pb through Pu extracted from cryogenic gas cell and mass analyzed by MRTOF-MS (2017)
  • 著者名/発表者名: Peter Schury
  • 学会等名: 「第9 回停止・低速RI ビームを用いた核分光研究会」 & 「2017 超重元素の科学研究会」 合同研究会
  • 発表場所: 日本原子力研究開発機構（茨城県・東海村）
  • 年月日: 2017-03-05 – 2017-03-06
• [学会発表] KISS,SLOWRI施設での低エネルギー核分光研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮武宇也
  • 学会等名: 平成28年度KUR専門研究会「短寿命RIを用いた核分光と核物性研究」
  • 発表場所: 京都大学原子炉実験所（大阪府・泉南郡熊取町）
  • 年月日: 2016-12-20 – 2016-12-21
• [学会発表] Nuclear Physics with Slow and Stopped Beams at RIBF (2016)
  • 著者名/発表者名: Schury Peter
  • 学会等名: Korean physical society fall meeting
  • 発表場所: Gwangju, Korea
  • 年月日: 2016-10-19 – 2016-10-21
  • 招待講演
• [学会発表] Mass Measurements of r-Process Nuclei at KISS and SLOWRI (2016)
  • 著者名/発表者名: Schury Peter
  • 学会等名: 14th International Symposium on Nuclei in the Cosmos XIV
  • 発表場所: 朱鷺メッセ( 新潟県・新潟市）
  • 年月日: 2016-06-19 – 2016-06-24
  • 国際学会
• [備考] 和光原子核科学センター
  • URL: http://research.kek.jp/group/wnsc/
• [備考] IGLIS-net
  • URL: http://research.kek.jp/group/kekrnb/iglis-net/