研究課題
中性子数の増加は核子間相互作用の変化を導き、さらに平均場へ影響を与え、ついには原子核の形を球形からレモン型へと変化させ、量子相転移を引き起こす。この転移点近傍核では、様々な構造が共存する量子力学特有な現象が生じることが明らかになりつつある。この現象を解明すべく、本研究では、中性子数の魔法数20消失現象でよく知られているMg-32核周辺の「逆転の島」と呼ばれる原子核に注目して研究を行っている。本課題の特徴は、不安定核をスピン偏極することで核構造の精密な情報を引き出す我々独自の手法と、独自のレーザー技術により原子構造を解明する手法、を組み合わせた分野融合型の研究である。また、カナダのTRIUMFで実施する国際共同研究である。2019年度はまず手始めに、Mg-31スピン偏極核を生成してそのβ崩壊からAl-31核の構造を、また、無偏極Mg-33核のβ崩壊からAl-33核の構造を解明する実験をカナダのTRIUMFで行った。そこで問題となったのは、輸送中に偏極を保持するために1価から2価のMg-31核とするためのガスとの衝突により偏極緩和がおき、高偏極度ビームが得られなかったことである。これを解決するため、スピン偏極ビーム生成法について、TRIUMFの共同研究者と定期的なオンラインのミーティングで議論を重ねて改良法を確定し、その改善計画はTRIUMFのプロジェクトとして採択された。また、次回のMg-33スピン偏極ビーム量の減少の対策として、β線、γ線、中性子検出器の改良をはじめた。さらに、電子回路とデータ収集系も将来の多チャンネル化を見据えて準備を開始した。特に中性子検出器を新しくデザインし、プロトタイプを製作した。平行して、2019年にTRIUMFで実施した実験データの解析を進め、途中経過を日本物理学会などで報告した。
3: やや遅れている
2020年度は新型コロナウイルス感染症のため、カナダTRIUMFに渡航することはできず、現地での実験準備や実験を実施出来なかった。また、TRIUMF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、当初の予定よりは研究のスピードは遅くなった。しかし、実験手法や実験装置をじっくりと改良するための良いチャンスと捉え、以前よりも緊密に定期的にオンラインで打ち合わせを行いながら、日本側とTRIUMF側の両方で実験準備を進めた。まず、2019年度の実験で予定より低いスピン偏極度しか得られなかった問題を解決するため、その原因であった、Mgビームを1価から2価へとHeガスで荷電変換することをやめる決定をした。しかし、それではスピン偏極がビーム輸送中に環境磁場によって緩和する。これを避けるためのビーム輸送系の改良計画は、TRIUMFのプロジェクトとして採択され、改良をスタートさせた。次に、日本側では、今後の中性子過剰核側の原子核へと研究を進めるにあたり、ビーム量が減少への対策として、検出器系の検出効率の向上を目指した。特に、中性子過剰核では、β遅延中性子崩壊の割合が大きくなり、その結果、放出される中性子を効率良く検出する必要がある。それと同時に、β線-中性子-γ線の同時計測データの統計量の向上が重要となる。そこで、中性子検出器を新たにデザインし、プロトタイプを製作した。また、電子回路・データ収集系の改良も進め、多チャンネル化のための準備をはじめた。以上より、研究はやや遅れてはいるが、着実に進展している。
新型コロナウイルス感染症の影響にもよるが、今後はTRIUMFに渡航して、実験準備や実験が実施可能であるとして次のように今後の研究を計画している。まず、TRIUMFの共同研究者がビームライン改良計画を完了させる。春から夏にかけて、ビームラインの準備（保持磁場発生のためのコイル、コイル用電源、コントロール系、モニター系などの準備）を行う予定である。秋以降には少なくともイオン源から供給される安定核ビームを用いたテスト実験の実施を考えている。また、最終的に不安定核ビームによるスピン偏極ビーム開発実験も行いたい。これらビーム開発実験に日本側からも可能であれば、現地に出向いて参加したいと思っている。次に日本側では、新たに製作した中性子検出器を国内加速器施設に持ち込み、性能テストを実施し、さらなる改良を行う予定である。同時に、新しい検出器に対応して、電子回路とデータ収集系も多チャンネル化をさらに推進する。これら検出器系などの全系のテスト実験も行い、本番実験前に国内での調整を終了しておきたいと考えている。その後、TRIUMFにこれら実験装置を輸送し、現地で検出器系、回路やデータ収集系の設置準備なども行いたいと思っている。スピン偏極ビームも実験装置も準備できたところで、本実験の実施を目指している。平行して、2019年度にTRIUMFで実施したスピン偏極Mg-31核を用いた実験のデータ解析を終了し、その結果を原子核理論の共同研究者と議論を行い、Mg-31核のβ崩壊によるAl-31核の構造について、日本物理学会や国際会議などで発表し、最終的には、Al-31核について投稿論文としてまとめ、出版する予定である。
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すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) 備考 (1件)
Physical Review C
巻: 102 ページ: 054327-1-14
10.1103/PhysRevC.102.054327
http://nucl.phys.sci.osaka-u.ac.jp/
