革新的質量分光器を用いた重元素の起源の研究

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H06090
• 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: 和田 道治 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 (50240560)
• 研究分担者: 森本 幸司 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, チームリーダー (00332247) ; 加治 大哉 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, 上級技師 (00391912) ; 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, その他部局等, シニアフェロー (50190799) ; 石山 博恒 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, チームリーダー (50321534) ; 小浦 寛之 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, 室長 (50391264) ; 羽場 宏光 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, 室長 (60360624) ; 岸本 忠史 大阪大学, 核物理研究センター, 特任教授 (90134808) ; 西村 俊二 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, 先任研究員 (90272137)
• 研究期間 (年度): 2017-04-25 – 2022-03-31
• キーワード: 重元素の起源 / 質量測定 / 超重元素 / 速い中性子捕獲過程 / イオントラップ / MRTOF質量分光器

研究実績の概要

2021年度は、いよいよ短寿命原子核の網羅的精密測定を実施する３箇所の装置が稼働し本格的な測定を実施することができた。
三施設の中で、最も広範囲の測定を行う、理研RIBFの入射核破砕片分離器（BigRIPS）におけるMRTOF質量分光器は2020年度のパラサイトビームを使った実験成果を踏まえて、課題採択委員会にAグレードで受理された、重元素の起源研究に重要な２つの領域（Ni78近傍、中性子数126近傍）の測定にとりかかった。Ni78近傍のNi74, 75の初測定に成功したところで、加速器施設の故障が発生し、次年度に持ち越された。
気体充填型反跳核分離器(GARIS-2)のMRTOFは、ニホニウムの質量測定に向けて準備が整っているが、生成に必要なCa48ビーム源が依然として入手困難なため棚上げ状態である。一方この装置を使ってCf線源を用いた核分裂片の質量測定を実施しており、重元素の起源研究に重要な原子核を300種以上測定し、幾つもの同位体の初の質量測定に成功している。
元素選択型同位体分離機（KISS）におけるMRTOF装置は、ウランビームを用いた多核子移行反応による中性子過剰アクチノイド同位体の質量測定を実行し、初回の実験でU241新同位体を質量測定によって発見することができた。さらにその周辺核種の質量初測定に成功した。これは自然に存在する最も重い元素ウランの起源を解明する第一歩となる。
以上のように、重元素の起源研究のための網羅的精密質量測定を高い能率で実施できる環境の構築に成功し、これから展開する多くの測定によって圧倒的な量の重要な実験データを提供することが期待できる。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Ground-stateβ-decay spectroscopy of 187Ta (2022)
  • 著者名/発表者名: Mukai M.、Hirayama Y.、Watanabe Y. X.、Watanabe H.、Koura H.、Jeong S. C.、Miyatake H.、Brunet M.、Ishizawa S.、Kondev F. G.、Lane G. J.、Litvinov Yu. A.、Niwase T.、Oyaizu M.、Podolyk Zs.、Rosenbusch M.、Schury P.、Wada M.、Walker P. M.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 105 ページ: 034331
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.105.034331
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] First high-precision direct determination of the atomic mass of a superheavy nuclide (2021)
  • 著者名/発表者名: Schury P.、Niwase T.、Wada M.、Brionnet P.、Chen S.、Hashimoto T.、Haba H.、Hirayama Y.、Hou D. S.、Iimura S.、Ishiyama H.、Ishizawa S.、Ito Y.、Kaji D.、Kimura S.、Koura H.、Liu J. J.、Miyatake H.、Moon J.-Y.、Morimoto K.、Morita K.、Nagae D.、Rosenbusch M.、Takamine A.、Watanabe Y. X.、Wollnik H.、Xian W.、Yan S. X.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 104 ページ: L021304
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.104.L021304
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] First direct observation of isomeric decay in neutron-rich odd-odd Ta186 (2021)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Y. X.、Walker P. M.、Hirayama Y.、Mukai M.、Watanabe H.、Lane G. J.、Ahmed M.、Brunet M.、Hashimoto T.、Ishizawa S.、Kimura S.、Kondev F. G.、Litvinov Yu. A.、Miyatake H.、Moon J. Y.、Niwase T.、Oyaizu M.、Park J. H.、Podolyk Zs.、Rosenbusch M.、Schury P.、Wada M.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 104 ページ: 024330
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.104.024330
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] α-decay-correlated mass measurement of Ra206, 207g,m using an α-TOF detector equipped multireflection time-of-flight mass spectrograph system (2021)
  • 著者名/発表者名: Niwase T.、Wada M.、Schury P.、Brionnet P.、Chen S. D.、Hashimoto T.、Haba H.、Hirayama Y.、Hou D. S.、Iimura S.、Ishiyama H.、Ishizawa S.、Ito Y.、Kaji D.、Kimura S.、Liu J.、Miyatake H.、Moon J. Y.、Morimoto K.、Morita K.、Nagae D.、Rosenbusch M.、Takamine A.、Tanaka T.、Watanabe Y. X.、Wollnik H.、Xian W.、Yan S. X.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 104 ページ: 044617
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.104.044617
  • 査読あり / 国際共著
• [図書] 物理科学，この1年 2022 (2022)
  • 著者名/発表者名: パリティ編集委員会、大槻 義彦
  • 総ページ数: 204
  • 出版者: 丸善出版
  • ISBN: 978-4621306-864
• [備考] KEK和光原子核科学センター
  • URL: https://research.kek.jp/group/wnsc/
• [備考] 超重元素の初めての精密質量測定に成功 「新元素の新しい原子番号決定法の証明」
  • URL: https://www.kek.jp/ja/press/202109010000/
• [備考] 2021年12月の活動報告 : 短寿命核グループ
  • URL: https://www2.kek.jp/ipns/ja/report/2021/12-1/