原子線共鳴法を利用した高核スピン偏極ＲＩビーム生成装置の開発

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03692
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 上野 秀樹 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (50281118)
• 研究分担者: 山本 文子 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (50398898) ; 佐藤 渉 金沢大学, 物質化学系, 教授 (90333319)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: その他の量子ビーム / 小型量子ビーム発生技術 / 磁気共鳴 / 原子・分子 / RIプローブ / 原子核（実験）

研究実績の概要

本研究では高核スピン偏極RI ビームの実現と物質科学研究への応用に向け、β線検出型超高感度 NMR (β-NMR) 測定を通じた新たな物質科学研究の手法を開拓すると共に、その本格的な展開に必要となるRI ビーム用原子線共鳴法の原理実証を行うのが目標である。
RI原子線共鳴法の原理実証については、引き続きRbを用いたオフライン開発を行った。当該年度はRbに加え、Srを同時トラップできるよう、イオン源を整備しイオントラップ部も改良した。これを用いたRb、Sr同時トラップを行い、導入したECLDレーザーを用いてSrのレーザー冷却を行うことができた。定量的にRbの温度を評価するには至らなかったが、冷却されたSrによるRbの協同冷却を行うシステムを構築することができた。要素技術としては、ガス導入によるRbの中性化および前方射出にも成功している。実用には効率の面でまだ改善が必要であるものの、各要素の技術開発では一定の成果を収めており、RI原子線共鳴の実現に大きく近づいた。RIビームを用いた物質科学研究の推進に関しては、CuOの大型単結晶を作製し、偏極O-21 RIビームを用いたCuO単結晶のβ-NMR（NQR）実験を実施することができた。現在データ解析中でありまだ最終結果は得られていないが、残念ながらスピン格子緩和時間がβ崩壊寿命に比べて短いことが判明した。17Oで同位体濃縮したCuO単結晶の作製にも成功しているので、詳細はそのNMR測定結果と併せて今後明らかになる。また、関連する物質科学研究としては、結晶高圧合成技術や核化学研究で多くの成果が得られた。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Argonne National Laboratory/New Mexico State University/Oak Ridge National Laboratory(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Argonne National Laboratory/New Mexico State University/Oak Ridge National Laboratory
  • 他の機関数: 6
• [国際共同研究] CAS-IMP/Lanzhou University/Peking University(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: CAS-IMP/Lanzhou University/Peking University
  • 他の機関数: 3
• [国際共同研究] CNRS-IN2P2/CEA(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: CNRS-IN2P2/CEA
• [国際共同研究] University of Surrey(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Surrey
• [国際共同研究] Australian National University(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: Australian National University
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 3
• [雑誌論文] Nuclear magnetic moment of the neutron-rich nucleus 21O (2023)
  • 著者名/発表者名: Ishibashi Y. et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 107 ページ: 024306
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.107.024306
• [雑誌論文] Study of the N = 32 and N = 34 shell gap for Ti and V by the first high-precision multireflection time-of-flight mass measurements at BigRIPS-SLOWRI (2023)
  • 著者名/発表者名: Iimura S. et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 130 ページ: 012501
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.012501
• [雑誌論文] The new MRTOF mass spectrograph following the ZeroDegree spectrometer at RIKEN’s RIBF facility (2023)
  • 著者名/発表者名: Rosenbusch M. et al.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 1047 ページ: 167824～167824
  • DOI: 10.1016/j.nima.2022.167824
• [雑誌論文] In-gas-cell laser resonance ionization spectroscopy of 200, 201Pt (2022)
  • 著者名/発表者名: Hirayama Y. et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 106 ページ: 034326
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.106.034326
• [雑誌論文] Ground-state β-decay spectroscopy of 187Ta (2022)
  • 著者名/発表者名: Mukai M. et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 105 ページ: 034331
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.105.034331
• [雑誌論文] What is in a name: Defining ‘high entropy’ oxides (2022)
  • 著者名/発表者名: Brahlek Matthew et al.
  • 雑誌名: APL Materials 巻: 10 ページ: 110902～110902
  • DOI: 10.1063/5.0122727
• [雑誌論文] High-Pressure Synthesis of High-Entropy Metal-Chalcogenides (2022)
  • 著者名/発表者名: YAMAMOTO Ayako
  • 雑誌名: The Review of High Pressure Science and Technology 巻: 32 ページ: 86～93
  • DOI: 10.4131/jshpreview.32.86
• [雑誌論文] Microscopic probing of the doping effects of In ions in Fe3O4 (2022)
  • 著者名/発表者名: Sato W. et al.
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 132 ページ: 083904～083904
  • DOI: 10.1063/5.0091339
• [雑誌論文] Atomic level control of association-dissociation behavior of In impurities in polycrystalline ZnO (2022)
  • 著者名/発表者名: Sato W. et al.
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 6 ページ: 063801
  • DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.6.063801
• [学会発表] 原子物理分光技術で覗く原子核の世界 (2023)
  • 著者名/発表者名: 高峰愛子
  • 学会等名: 第 30 回原子衝突セミナー
• [学会発表] 原子ビーム共鳴法を利用したスピン偏極 RI 原子ビーム生成に向けた中性化装置開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 今村慧 他
  • 学会等名: 日本物理学会 2023 年春季大会
• [学会発表] レーザー誘起蛍光観測による超流動ヘリウム中不安定核原子 84Rb の停止位置最適化 (2023)
  • 著者名/発表者名: 菊地快 他
  • 学会等名: 日本物理学会 2023 年春季大会
• [学会発表] HIMAC における超流動ヘリウム中不安定核原子 84Rb の蛍光検出高感度化の試み (2023)
  • 著者名/発表者名: 光安陸大 他
  • 学会等名: 日本物理学会 2023 年春季大会
• [学会発表] 安定イリジウム同位体周辺核の直接質量測定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 向井もも 他
  • 学会等名: 日本物理学会 2023 年春季大会
• [学会発表] 新規強誘電体ぺロブスカイト型 RbNbO3 の結晶構造と誘電特性セラミックス (2023)
  • 著者名/発表者名: 村瀬公俊 他
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 2023 年年会
• [学会発表] Cd0.75Fe2.25O4 の磁性とその時間変動 (2023)
  • 著者名/発表者名: 佐藤渉 他
  • 学会等名: KUR 専門研究会「短寿命 RI を用いた核分光と核物性研究 IX
• [学会発表] Laser ionization spectroscopy of neutron-rich Ir isotopes and recent works at KISS (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Mukai et al.
  • 学会等名: Workshop on Laser Spectroscopy/Analysis of Radioactive Isotope and Related Topics
  • 国際学会
• [学会発表] Development of the new helium gas catcher and nuclear mass measurements with the new MRTOF-MS behind the ZeroDegree spectrometer at RIKEN BigRIPS (2022)
  • 著者名/発表者名: A. Takamine et al.
  • 学会等名: The 19th International Conference on Electromagnetic Isotope Separators and Related Topics (EMIS 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Offline development for collinear laser spectroscopy at the SLOWRI facility (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Tajima et al.
  • 学会等名: The 19th International Conference on Electromagnetic Isotope Separators and Related Topics (EMIS 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] β-NMR measurements of neutron-rich isotopes for nuclear structure and materials science (2022)
  • 著者名/発表者名: A. Gladkov et al.
  • 学会等名: The 19th International Conference on Electromagnetic Isotope Separators and Related Topics (EMIS 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-reflection time-of-flight mass spectroscopy of superheavy nuclides (2022)
  • 著者名/発表者名: P. Schury et al.
  • 学会等名: The 19th International Conference on Electromagnetic Isotope Separators and Related Topics (EMIS 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Construction of the Multi-reflection time-of-flight mass spectrograph (MRTOF-MS) at RAON (2022)
  • 著者名/発表者名: J. Y. Moon et al.
  • 学会等名: 19th International Conference on Electromagnetic Isotope Separators and Related Topics (EMIS 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Nuclear mass measurements with the new MRTOF-MS system at the ZeroDegree spectrometer of BigRIPS (2022)
  • 著者名/発表者名: A. Takamine et al.
  • 学会等名: 28th International Nuclear Physics Conference (INPC 2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spectral optimization of laser for excitation of Rb atoms in superfluid helium in accelerator experiments (2022)
  • 著者名/発表者名: R. Mitsuyasu et al.
  • 学会等名: The 25th Congress of the International Commission for Optics (ICO)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of an efficient fluorescence detection system for radioisotope atoms generated at accelerators (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Akimoto et al.
  • 学会等名: The 25th Congress of the International Commission for Optics (ICO)
  • 国際学会
• [学会発表] Laser spectroscopic method for the investigation of nuclear structure utilizing superfluid helium as a host matrix of radioisotope atoms (2022)
  • 著者名/発表者名: K. Imamura et al.
  • 学会等名: 29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
  • 国際学会
• [学会発表] Optimization of the stopping position of a highly energetic 84Rb atoms injected into superfluid helium (2022)
  • 著者名/発表者名: K. Kikuchi et al.
  • 学会等名: 29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
  • 国際学会
• [学会発表] LIF spectrum analysis for measurement of Rb atomic bubble relaxation time in superfluid helium (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Endo et al.
  • 学会等名: 29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
  • 国際学会
• [学会発表] High-pressure synthesis of high-entropy chalcogenides with NiAs-type and pyrite-type structures (2022)
  • 著者名/発表者名: A. Yamamoto
  • 学会等名: Workshop on “The Role of Configurational Complexity in Functional High Entropy Oxides
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ペロフスカイト型および正方晶タングステンブロンズ型構造を有するRbNbO3および関連物質の高圧合成と結晶構造 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山本文子 他
  • 学会等名: 第 63 回高圧討論会
• [学会発表] 酸化亜鉛中不純物インジウムの状態制御による電気伝導度の飛躍的向上 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤渉 他
  • 学会等名: 日本放射化学会第 66 回討論会
• [学会発表] Rb を含む新規Nb酸化物の高圧合成 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山本文子 他
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第 35 回秋季シンポジウム
• [学会発表] パイライト型構造を持つ高エントロピー金属カルコゲナイドの高圧合成と物性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 古井凌太 他
  • 学会等名: 日本物理学会 2022 年秋季大会
• [学会発表] 分散整合二回散乱法による 99Zr アイソマー状態のスピン整列 (2022)
  • 著者名/発表者名: 篠原悠介 他
  • 学会等名: 日本物理学会 2022 年秋季大会
• [学会発表] MRTOF と組み合わせた崩壊核分光のための飛行時間検出器の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 向井もも 他
  • 学会等名: 日本物理学会 2022 年秋季大会
• [学会発表] 理研 BigRIPS SLOWRI における ZD-MRTOF 装置を用いた中性子過剰 Sc, Ti, V 核の系統的核構造研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 飯村俊 他
  • 学会等名: 日本物理学会 2022 年秋季大会
• [学会発表] KISS での低温ヘリウムガスセル開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 平山賀一 他
  • 学会等名: 日本物理学会 2022 年秋季大会
• [学会発表] 精密質量測定による新同位体 241U の発見 (2022)
  • 著者名/発表者名: 庭瀬暁隆 他
  • 学会等名: 日本物理学会 2022 年秋季大会
• [学会発表] 加速器実験における超流動ヘリウム中 Rb 原子励起用レーザーのスペクトル最適化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 光安陸大 他
  • 学会等名: 第 18 回原子・分子・光科学 (AMO) 討論会
• [学会発表] 超流動ヘリウム中レーザー分光のための不安定核原子 84Rb の停止位置最適化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 菊地快 他
  • 学会等名: 第 18 回原子・分子・光科学 (AMO) 討論会
• [学会発表] 超流動ヘリウム中 Rb 原子バブル緩和時間測定に向けたスペクトル解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 遠藤宏紀 他
  • 学会等名: 第 18 回原子・分子・光科学 (AMO) 討論会
• [備考] 理研開拓研究本部上野核分光研究室
  • URL: https://www.riken.jp/research/labs/chief/nucl_spectro/
• [備考] 理研仁科加速器科学研究センター核構造研究部
  • URL: https://www.riken.jp/research/labs/rnc/nucl_struct/index.html