研究課題/領域番号 |
18KK0084
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研究機関 | 大阪大学 |
研究代表者 |
小田原 厚子 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (30264013)
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研究分担者 |
西畑 洸希 九州大学, 理学研究院, 助教 (00782004)
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)
畠山 温 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70345073)
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研究期間 (年度) |
2018-10-09 – 2022-03-31
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キーワード | 中性子過剰核 / 原子核構造 / レーザー分光法 / β-γ-n核分光法 / スピン偏極ビーム |
研究実績の概要 |
近年の不安定核ビームの飛躍的発展は中性子数が極端に多い原子核の研究を可能とし、安定核近傍の原子核では見られない新奇な構造が発見され始めた。中性子過剰核の構造の理解は、宇宙での元素合成過程の研究に基本的情報を提供する喫緊の課題である。しかし、実験データは充分ではなく、核構造の包括的な理解に至っていない。理論的には、中性子数の変化に伴って殻構造や核子間相関が変化し、特異で多様な構造の発現が予測されている。今まさに、精密かつ体系的な実験データが待たれている。本研究は、不安定核のスピンを偏極させて核構造の精密な情報を引き出すという独自の手法を持つ我々日本グループと、新世代の大強度不安定核ビーム供給施設や独自のレーザー技術、イオントラップ技術を持つTRIUMF研究所が協力して、これまでの測定限界を超えた超中性子過剰核も含めて、中性子過剰核の構造の系統的な解明を目的とする。 2019年度にビーム量毎秒100個以上のスピン偏極Mg-31ビームを用い、そのβ崩壊よりAl-31核の構造解明実験を行った。スピン偏極Mg核のスピン保持のために1価のイオンとして輸送する技術は難しく、今回は低スピン偏極度しか得られなかった。この問題を解決するため、2020年度に立ち上げたプロジェクトはTRIUMF側に認めら、今後改良を進める。次に、2019年度のスピン偏極Mg-31ビームとテスト的に実施した無偏極Mg-33ビーム実験のデータ解析を行い、Al-31核やAl-33核の構造を解明する。また、β遅延中性子の解析から、Al-33核の中性子非束縛状態の解明も目指している。これらの途中経過は学会で速報として発表した。さらに、幅広いエネルギー(数十keVから数MeV)のβ遅延中性子を高い検出効率で測定するため、新たな小型中性子検出器を開発した。同時に多チャンネル化に対応できる回路・DAQ系の改良も開始した。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
2019年度にビーム量100個以上のスピン偏極Mg-31核のβ崩壊実験を、また、テスト的に無偏極Mg-33核のβ崩壊実験をTRIUMF研究所で実施し、順調に国際共同研究を行ってきた。しかし、2020年3月からのCOVID-19の猛威のため、TRIUMF研究所は6月まで閉鎖され、その後も研究協力者の時短勤務やテレワークの推進、日本側でも5月までの学生の大学への入校禁止措置、研究活動の制限のため、研究の継続が難しくなった。カナダの入国禁止や日本の海外渡航禁止により、TRIUMF研究所に出張は不可能だった。そこで、本科研費申請当初の研究計画の順番を入れ替え、日本側とTRIUMF研究所側がそれぞれで実施可能な課題を先行して行うことにした。 まず、日本側では厳しい自粛期間中でもリモートで実施可能な、2019年度の実験データの解析を研究協力者の大阪大学の大学院生、九州大学のスタッフと大学院生が集中的に行い、解析の全体の議論などはオンラインで実施した。スピン偏極Mg-31核のβ崩壊によるAl-31核の構造研究の結果はほぼまとまりつつある。無偏極Mg-33核の実験データの解析はβ遅延中性子崩壊にまずは注目し、β遅延中性子データの解析を進めている。2020年6月頃から徐々に大阪大学での学生の入構規制が解除されて研究活動が可能となり、来年度に実施予定だった中性子検出器開発と多チャンネル化に対応するための回路系やデータ収集系の準備を前倒しで開始した。12月ごろから、TRIUMF研究所も研究活動が徐々に可能となり、前回の実験で問題となった低スピン偏極度を改善するための具体的な方法や手順の議論をオンラインで開始した。スピン偏極後に偏極保持するために2価にイオン化する際のHeガスとの衝突でのスピン緩和が問題であり、1価のまま下流の検出器系までビームを輸送するプロジェクトを立ち上げた。
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今後の研究の推進方策 |
まず今年度、スピン偏極Mg-31核のβ崩壊によるAl-31核の構造解明の研究結果を査読付き投稿論文としてまとめることを目指す。また、テスト的に取得した無偏極Mg-33核のβ崩壊とβ遅延中性子崩壊のデータ解析から、Al-33核の中性子非束縛状態も含めた崩壊様式を構築して核構造の解明を目指す。娘核Al-33核のスピン・パリティを決定するためには、高偏極度のスピン偏極Mg-33ビームが必要である。1価のMgビームで輸送する方法を採択し、輸送途中にスピン偏極度の緩和をもたらす外部磁場の影響を除くため、ビームラインにコイルを設置する計画を今年度実施する。この高偏極度ビーム生成プロジェクトはTRIUMF研究所で認められ、TRIUMF研究所側で実施予定である。ビームのスピン偏極軸保持のためにビームラインに印加する磁場と検出器システム中央のビーム捕獲Pt薄膜に印加する磁場をなめらかにつなぐ必要がある。このため、新たな永久磁石の設計・製作を行い、同時に、検出器系の配置も改良し、検出器系の高検出効率化を目指す。 2020年度に開発した中性子検出器の線源を用いたテストは実施中であり、今年度はβ遅延中性子を用いたテスト実験を計画中である。不安定核N-17を生成し、そのβ遅延中性子を用いて、新しい検出器だけではなく、以前から使用してきた大型と中型の中性子検出器の検出効率の確定を目指す。同時に回路やデータ収集系の多チャンネル化も推し進める。 2021年5月にTRIUMF研究所で1年ぶりに実験審査会が全面オンラインで復活し、その後、ビームタイムのスケジュールが確定する。COVID-19の状況にはよるが、今年度末か来年度はじめにTRIUMF研究所に渡航して現地で実験準備を行い、来年度末までには実験可能となることを期待している。しかし、状況によってはさらに半年か1年くらい計画が遅れることも覚悟している。
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次年度使用額が生じた理由 |
我々の本科研費に基づく研究では助成金の多くは、実験準備や実験を実施するためのカナダのTRIUMF研究所に滞在するための旅費や実験機材をカナダへ輸送するための輸送費、さらに、国内での研究打ち合わせや検出器テスト、などのための旅費、実験装置(検出器、架台、電子回路、データ収集系、など)の準備のための物品費、などである。2020年度は3月から猛威をふるったCOVID-19の影響で、カナダは入国禁止、日本は海外渡航禁止のため、当初予定していた現地での実験準備や実験を行うことができなかった。そのため、旅費やその他(輸送費)を使用せず、来年度にカナダに渡航できることを期待して予算を持ち越したために次年度使用額が生じた。 よって次年度は、COVID-19の状況がよくなり、今年度予定していたTRIUMF研究所での実験準備や実験を実施可能な環境になることを期待している。少なくとも、我々が現地に出張できなくても、TRIUMFの現地の研究協力者の方々の協力によって、Mgの高偏極度ビーム開発の準備を計画している。また、前倒しで進めてきた中性子検出器の実用化も推し進める予定である。残念ながら、来年度も海外渡航が厳しい場合は、半年か1年くらいの延長も考慮せざる得ないと覚悟している。
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