多価イオン状態の不安定核のための新しい寿命測定法の確立と宇宙元素合成過程への応用

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H01123
• 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)
• 研究分担者: 山口 由高 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 技師 (40415328) ; 洲嵜 ふみ 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門原子力科学研究所先端基礎研究センター, 研究職 (70779727)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 実験核物理 / 蓄積リング / 多価イオン / RIビーム

研究実績の概要

本研究の目的は、理研RIBFの蓄積リング（稀少RIリング）に独自の改良を加え、多価イオン状態の不安定核の寿命を飛行中に測定できるようにすることである。R1年度に進めた開発は以下の通り。
(1) H30年度に小型で高感度な共鳴ショットキーピックアップのプロトタイプを設計製作した。オフライン試験の結果、従来のショットキーピックアップの10倍の信号強度が期待できる。既存の装置と併用することで、広範囲な周波数領域をカバーすることができる。R1年度はこの小型共鳴ショットキーピックアップの2号機を製作した。3台同時測定によって粒子相関を観測できるためである。これは研究期間中に気がついた新しいアイディアである。(2) 稀少RIリングを周回する粒子の軌道を測定する、簡易的な位置検出器を開発した。ビーム診断装置であるため、その動作は簡単で微妙な調整なしに確実に動作することが望まれる。現在、楔形シンチレーターと短冊状に配置したシンチレーターの2種類をビーム試験しており、いずれも1mm以下の分解能が得られている。(3) デルタ線（高エネルギー電子）を利用した周回ビームモニターをビーム試験し、その基本性能を確認し、稀少RIリング用に最適化した。(4) 蓄積リング内にファイバーシンチレーション検出器を設置する予定である。H30年度から開発を進めており、2mのファイバーシンチレータを複数本利用したものや波長変換ファイバーを利用したものを製作し、5mmの位置分解能と100psを切る時間分解能を得た。大量生産すれば稀少RIリングに設置できるところまで達成した。(5) 稀少RIリングから粒子を取り出して粒子識別する際の全エネルギー検出器として、新しいGAGG結晶の重イオン特性試験を行い、NaI(Tl)と同程度の性能を得た。真空で動作可能であり、時間特性も良いので広い応用が可能であろう。
GSIで多価イオン状態のTl-205のベータ崩壊の実験を行った。こちらは解析中である。

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

ビームタイムが遅れているが、検出器開発で予想以上に良い結果を得たため、順調と判断している。装置開発では、特に、共鳴ショットキーピックアップを複数台使用して周回粒子の相関を測定するアイディアに至り、装置の準備を完成できた。また、蓄積リング内に設置するファイバー検出器、ビーム診断検出器についても「研究実績の概要」に述べたように良い結果を得ている。さらに真空中で使用できるGAGG結晶を試験し、良い結果を得ている。

今後の研究の推進方策

新型コロナウィルスの影響で加速器利用がどの程度制限されるか未知であるが、現在開発途中であるビーム診断系の検出器を完成させ、すべての検出器を導入して稀少RIリングでビーム試験し、多価イオン状態ベータ崩壊の実験手法を確立させる。また、R1年度から始めたGAGG検出器の開発によって、稀少RIリングで核反応実験をするという全く新しい可能性が見えてきた。基盤Aの当初の計画にはないが、研究をさらに発展させるかもしれない。

研究成果

• [国際共同研究] GSI/Max-Planck Institute/Giessen Univ(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: GSI/Max-Planck Institute/Giessen Univ
  • 他の機関数: 4
• [国際共同研究] IMP/Beihang Univ(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: IMP/Beihang Univ
• [雑誌論文] Scheme of high-resolution identification and selection of secondary ions for mass measurements with the Rare-RI Ring (2019)
  • 著者名/発表者名: Z. Ge, T. Uesaka, S. Naimi, D. Nagae, Y. Abe, S. Omika, F. Suzaki, T. Yamaguchi, Y. Yamaguchi, M. Wakusugi, H. Li, K. Wakayama, H. Arakawa, K. Inomata, K. Nishimuro, T. Kobayashi, A. Ozawa, S. Hosoi, Y. Inada, S. Suzuki, T. Moriguchi, M. Mukai, M. Amano, D. Kamioka, Y. Yano,
  • 雑誌名: Hyp. Int. 巻: 240 ページ: 92/1-11
  • DOI: 10.1007/s10751-019-1599-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Masses of ground and isomeric states of 101In and configuration-dependent shell evolution in odd-A indium isotopes (2019)
  • 著者名/発表者名: X. Xu, J. H. Liu, C. X. Yuan, Y. M. Xing, M. Wang, Y. H. Zhang, X. H. Zhou, Yu. A. Litvinov, K. Blaum, R. J. Chen, et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. C 巻: 100 ページ: 051303(R)/1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.100.051303
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The development of in-ring reaction measurements at the HIRFL-CSR (2019)
  • 著者名/発表者名: J.T. Zhang, K. Yue, H.X. Li, X.L. Tu, C.J. Shao, P. Ma, B. Mei, X.C. Chen, Y.Y. Yang, X.Q. Liu, Y.M. Xing K.H. Fang, Z.Y. Sun, M. Wang Yu. A. Litvinov, T. Yamaguchi, P. Egelhof, Y.H. Zhang, X.H. Zhou,
  • 雑誌名: Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 巻: 948 ページ: 162848/1-5
  • DOI: 10.1016/j.nima.2019.162848
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] New test of modulated electron capture decay of hydrogen-like 142Pm ions: Precision measurement of purely exponential decay (2019)
  • 著者名/発表者名: F.C. Ozturk, B. Akkus, D. Atanasov, H. Beyer, F. Bosch, D. Boutin, C. Brandau, P. Buehler, R.B. Cakirli, R.J. Chen, et al.
  • 雑誌名: Phys. Lett. B 巻: 797 ページ: 134800/1-9
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2019.134800
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Masses of neutron-rich 52-54Sc and 54,56Ti nuclides: The N = 32 subshell closure in scandium (2019)
  • 著者名/発表者名: X. Xu, M. Wang, K. Blaum, J. D. Holt, Yu. A. Litvinov, A. Schwenk, J. Simonis, S. R. Stroberg, Y. H. Zhang, H. S. Xu, et l.
  • 雑誌名: Phys. Rev. C 巻: 99 ページ: 064303/1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.99.064303
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] New experimental plan and detector R&D at the Rare-RI Ring facility (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Yamaguchi
  • 学会等名: China-Japan Collaboration Workshop on "Nuclear Mass and Life for Unraveling Mysteries of R-process”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ILIMA status report and phase-0 program (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Yamaguchi
  • 学会等名: Nuster Week 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 極低温静電型イオン蓄積リングRICEを用いたN2O+の輻射振動冷却II (2019)
  • 著者名/発表者名: 廣田彩音
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] 稀少RIリングのためのファイバーシンチレーション検出器の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 稲田康人
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] 稀少RIリングのための薄膜を利用した位置検出器の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 細井駿
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] 極低温静電型イオン蓄積リングRICEによるN2O+の振動冷却測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 廣田彩音
  • 学会等名: 2019年原子衝突学会44回年会