ｒ過程天体環境解明に向けた新手法による未踏領域核の生成とその多角的精密核分光

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H04479
• 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: 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, 准教授 (30391733)
• 研究分担者: 向井 もも 名古屋大学, 工学研究科, 特任助教 (10823726) ; 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, 素粒子原子核研究所, 研究員 (50190799) ; 渡邉 裕 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 (50353363)
• 研究期間 (年度): 2021-04-05 – 2025-03-31
• キーワード: 元素合成 / レーザー核分光 / 精密質量測定 / 崩壊核分光 / 国際情報交換 / フィンランド / アメリカ / ベルギー

研究実績の概要

金、ウラン等の重元素を合成する速い中性子捕獲過程の起源となる天体環境の解明を目指し、中性子魔法数N=126近傍核の精密核分光実験を実施した。並行して短寿命核の収量増大を実現するドーナツ型低温ヘリウムRFガスセルの試験および、これを格納可能な大型真空槽の設計・製作・設置を行った。
昨年度に導入した新エキシマレーザーを用いた安定核レニウム同位体のレーザー共鳴イオン化試験を行い、予定の精度で分光可能なことを確認した。昨年度に採択された実験課題として、イリジウム薄膜を用いた多核子移行反応で短寿命核であるタングステン(190W)・レニウム同位体(191,192Re)のレーザー共鳴イオン化核分光を6・9月中旬にそれぞれ行った。現在、データを解析中である。タングステン標的を用いた短寿命核のハフニウム同位体(183,184Hf)のベータ・ガンマ崩壊核分光実験・精密質量測定を9月末に行い、現在、データ解析中である。
SSRI-pnsコラボレーションミーティング、RIBFユーザーミーティング、国際会議SMI2023、HYPERFINE2023、Nuclear Astrophysics with Stable Beams、ハワイ学会等にて、KISSで行ったレーザー核分光の結果、精密ベータ遅発ガンマ線核分光および精密質量測定の結果について発表した。またフィンランド国・ユバスキュラ大学にてJSPS Alumni seminarとして招待講演を行った(https://www.jsps-sto.com/event/jsps-alumni-seminar-acf-probing/)。

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

新たに用意したイリジウム標的および新規導入したエキシマレーザーを用いて、理化学研究所と共同開催している実験課題採択委員会にて採択されたレニウムおよびタングステン同位体のレーザー共鳴イオン化核分光実験、ハフニウム同位体の崩壊核分光実験・精密質量測定を実施した。このように未知中性子過剰核の多角的な核分光測定が着々と進んでいる。
ドーナツ型ヘリウムガスセルを使った精密質量測定の実験課題が新たにグレードAにて採択されたので、令和６年度に実験を行う予定である。
核分光実験と並行して、短寿命核の収量増大を目指してドーナツ型低温ヘリウムRFガスセル開発を行った。ドーナツ型低温ヘリウムRFガスセル開発として、RFワイヤーカーペット10基を製作し、RF試験をもとに必要なRF共振回路を製作した。このドーナツ型ヘリウムガスセルを格納する大型真空槽を完成させて、設置を完了させた。設置後、これまで同様にイオンビーム引き出しに支障がないことも確認した。
2024年2月にヘリウムガスセルを使ったN=126近傍核の精密質量測定実験を予定していたが、トラブルのため、9月に延期となった。

今後の研究の推進方策

既存のアルゴンガスセルによるレーザー核分光、精密質量測定および崩壊核分光実験による系統的かつ多角的な核構造研究を引き続き進める。ヘリウムガスセルを使ったN=126近傍核の精密質量測定を令和６年9月に実施する予定である。それに向けて令和６年度前半はヘリウムガスセルのオフライン試験を重点的に実施する予定である。
タンタルおよびレニウム同位体のレーザー共鳴イオン化核分光実験、レニウム同位体の崩壊核分光実験を令和６年度後期に実施する予定である。
各種分光い実験で得られた結果を、投稿論文としてまとめて、発表する予定でいる。

研究成果

• [国際共同研究] カトリック・ルーバン大学(ベルギー)
  • 国名: ベルギー
  • 外国機関名: カトリック・ルーバン大学
• [国際共同研究] ミシガン州立大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ミシガン州立大学
• [国際共同研究] ユヴァスキュラ大学(フィンランド)
  • 国名: フィンランド
  • 外国機関名: ユヴァスキュラ大学
• [雑誌論文] Helium gas cell with RF wire carpets for KEK Isotope Separation System (2024)
  • 著者名/発表者名: Y. Hirayama, M. Mukai, P. Schury, Y.X. Watanabe, S. Iimura, H. Ishiyama, S.C. Jeong, H. Miyatake, T. Niwase, M. Rosenbusch, A. Takamine, A. Taniguchi, M. Wada
  • 雑誌名: Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A 巻: 1058 ページ: 168838-1-9
  • DOI: 10.1016/j.nima.2023.168838
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In-gas-cell laser ionization spectroscopy at KISS (2024)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Hirayama, Momo Mukai, Yutaka Watanabe, Peter Schury,Toshitaka Niwase, Hyunsuk Choi, Takashi Hashimoto, Shun Iimura, SunChan Jeong, Hiroari Miyatake, JunYoung Moon, Hitoshi Nakada, Michihiro Oyaizu, Marco Rosenbusch, Aiko Takamine, Minori Tajima, Akihiro Taniguchi, Michiharu Wada
  • 雑誌名: Interactions 巻: 245 ページ: 41-1-13
  • DOI: 10.1007/s10751-024-01886-1
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] KISSでのレーザー分光II ～コリニアレーザー核分光～ (2024)
  • 著者名/発表者名: 平山賀一
  • 学会等名: 令和5年度京大複合研専門研究会「短寿命RIを用いた核分光と核物性研究 X」
• [学会発表] KISS and upgraded facility to explore the origin of heavy elements synthesized by r-process (2024)
  • 著者名/発表者名: Y. HIRAYAMA
  • 学会等名: ASRC International Workshop “Nuclear Astrophysics with Stable Beams”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Resonant laser ionization for nuclear spectroscopy at KISS (2024)
  • 著者名/発表者名: Y. Hirayama
  • 学会等名: Resonance Ionization Mass Spectrometry instruments workshop (RIMS2024)
  • 国際学会
• [学会発表] N＝126滞留核にむけての中性子過剰核の包括的な核分光研究 (2024)
  • 著者名/発表者名: 向井もも
  • 学会等名: 日本物理学会 2024年春季大会
  • 招待講演
• [学会発表] Cryogenic He gas catcher with an RF curtain structure for upgraded KISS facility (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. HIRAYAMA
  • 学会等名: SMI2023: 14th International Conference on Stopping and Manipulation of Ions and Related Topics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Present status and future plan of KISS (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Hirayama
  • 学会等名: SSRI-PNS collaboration meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Present status and future plan of KISS (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Hirayama
  • 学会等名: RIBF Users Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Collinear laser ionization spectroscopy with helium gas cell at KISS (2023)
  • 著者名/発表者名: 平山賀一
  • 学会等名: 第12回 停止・低速RIビームを用いた核分光研究
  • 招待講演
• [学会発表] KISS gas cell system for the nuclear spectroscopy of multinucleon transfer reaction products (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. HIRAYAMA
  • 学会等名: 6th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] In-gas-cell laser ionization spectroscopy at KISS (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. HIRAYAMA
  • 学会等名: International conference on Hyperfine interactions and their Applications
  • 国際学会
• [学会発表] Nuclear spectroscopy at KISS and upgrade plan of the facility (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Hirayama
  • 学会等名: Probing the ground state and decay properties of exotic nuclei at KEK-WNSC and JYFL-ACCLAB
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Recent results of nuclear spectroscopy for neutron-rich isotopes at KISS (2023)
  • 著者名/発表者名: 向井もも
  • 学会等名: LISA2023
  • 国際学会
• [学会発表] The progress of in-gas-cell laser ionization spectroscopy of neutron-rich tungsten nuclei (2023)
  • 著者名/発表者名: 向井もも
  • 学会等名: JSPS alumni seminar
  • 国際学会
• [学会発表] Mass and isotope shift measurements of neutron-rich tungsten isotopes at KISS (2023)
  • 著者名/発表者名: 向井もも
  • 学会等名: RIMS2024
  • 国際学会
• [備考] 高エネルギー加速器研究機構 素粒子原子核研究所 和光原子核科学センター
  • URL: https://research.kek.jp/group/wnsc/