革新的低速ＲＩビーム生成法による超重元素の直接質量測定

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24224008
• 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, 仁科加速器研究センター, 仁科センター研究員 (00391912) ; 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 先端基礎研究センター, 研究主幹 (50391264) ; 羽場 宏光 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, チームリーダー (60360624) ; 園田 哲 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 仁科センター研究員 (60525583)
• 研究期間 (年度): 2012-05-31 – 2017-03-31
• キーワード: 直接質量測定 / 超重元素 / 中性子分離エネルギー / 原子質量 / MRTOF質量分光器 / 高周波イオンガイド

研究実績の概要

平成２８年度は、GARIS施設での実質３回のマシンタイムにおいて、MRTOF質量分光器を用い、陽子過剰中重核から超ウラン元素まで８０核種強の質量測定に成功した。
Zn-Sr領域の融合反応生成物の測定においては、多くの同重体を同時に測定できたため、ペニングトラップによって高確度・高精度測定された同重核を参照につかうことができた。その結果65Gaの質量は3.5x10-8の精度（2.2keV/c^2）で測定できMRTOF質量分析器の最高記録となった。測定した15核種はよく既知の値と一致していたが、76Ge, 81Brにおいては4σの差異があった。このようなβ崩壊や反応のQ値から間接的に求めた古い文献値は、安定核であっても直接質量再測定する必要性を示した。
Po-Th領域の測定においても幾つかの古い間接測定の誤りを見出したとともに、冷却したガスセルでは２価のイオン状態が優勢である（Frというアルカリ金属においても）という実験的に重要な発見があった。ビーム輸送の向上と合わせて全効率を1-2%まで改善できた。また219Raという半減期10msの同位体の質量測定のも成功した。
これらの成果を受けて、超重元素領域の測定に向かい、246,248,249Es, 250,251Fm, 249-252Md, 254No同位体の測定に成功し、そのうち５核種は初めて実験的に質量を決定した。とりわけMd同位体はβ崩壊核種のためα崩壊連鎖のQ値による間接質量測定からも閉ざされていたため、今回の測定によって間接的に253Lrから261Bh、及び253Lrから266Mtまでの計７核種の質量を決定することができた。この値は、幾つかの理論モデルによる予測と比較することにより、モデルの評価ができると同時に、Md, Lr同位体の２中性子分離エネルギーの導出からN=152の変形閉殻についての議論も可能になった。

現在までの達成度 (段落)

28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

28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] First online multi reflection time-of-flight mass measurements of isobaric chains produced by fusion-evaporation reactions: Toward identification of superheavy elements via mass spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: P.Schury, M.Wada, Y.Ito, D.Kaji, F.Arai, M.MacCormick, I.Murray, H.Haba, S.Jeong, S.Kimura, H.Koura, H.Miyatake, K.Morimoto, K.Morita, A.Ozawa, M. Reponen, P-A.Soederstroem, A.Takamine, T.Tanaka, H.Wollnik
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 95 ページ: 011305
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.95.011305
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Status of the low-energy super-heavy element facility at RIKEN (2016)
  • 著者名/発表者名: P.Schury, M. Wada, Y.Ito, F.Arai, D.Kaji, S.Kimura, K.Morimoto, H.Haba, S.Jeong, H.Koura, H.Miyatake, K.Morita, M.Reponen, A.Ozawa, T.Sonoda, A.Takamine, H.Wollnik
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 巻: 376 ページ: 425-428
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2016.02.061
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] SHE-Mass Project of KEK-RIKEN Collaboration (2017)
  • 著者名/発表者名: M.Wada
  • 学会等名: 3rd International Symposium on Super-Heavy Elements "Challenges in the studies of super-heavy nuclei and atoms"
  • 発表場所: Kazimierz Dolny, Poland
  • 年月日: 2017-09-10 – 2017-09-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High Precision Spectroscopy of Low-Energy Short-Lived Nuclei (2017)
  • 著者名/発表者名: M.Wada
  • 学会等名: Thurkish Physical Society 33rh International Physical Congress
  • 発表場所: Bodrum, Turky
  • 年月日: 2017-09-06 – 2017-09-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] About possible ambiguities from alpha spectroscopy and direct mass measurements of neutron-deficient actinium and radium isotopes (2017)
  • 著者名/発表者名: M.Rosenbusch, P.Shury, M.Wada, Y.Ito, D.Kaji, M.MacCormicj, I.Murray, H.Haba, S.Kimura, H.Koura, H.Miyatake, J.Y.Moon, K.Morimoto, K.Morita, T.Niwase, A.Ozawa, M.Reponen, A.Takamine, T.Tanaka, H.Wollnik
  • 学会等名: Advances in Radioactive Isotope Science 2017
  • 発表場所: Keystone, Cololado
  • 年月日: 2017-05-28 – 2017-06-02
  • 国際学会
• [学会発表] First direct mass measurements on Mendelevium with an MRTOF mass spectrograph (2017)
  • 著者名/発表者名: Y.Ito, M.Wada, P.Schury, M.Rosenbusch, D.Kaji, K.Morimoto, Y.Hirayama, H.haba, S.Kimura, H.Koura, H.Miyatake, K.Morita, M.Mukai, I.Murray, JY.Moon, M.MacCormick, T.Niwase, K.Okada, A.Ozawa, M.Reponen, T.Tanaka, A.Takamine, H.Wollnik, S.Yamaki, Y.Watanabe
  • 学会等名: Advances in Radioactive Isotope Science 2017
  • 発表場所: Keystone, Cololado
  • 年月日: 2017-05-28 – 2017-06-02
  • 国際学会
• [学会発表] 重元素の網羅的質量測定の可能性と応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 和田道治
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府・豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
  • 招待講演
• [学会発表] MRTOF質量分析器による八重極変形核223,224Thの精密原子質量測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤由太、和田道治、P.Schury, 加治大哉、森本幸司、羽場宏光、I.Murray, M. Rosenbusch,木村創大、高峰愛子、宮武宇也、山木さやか、新井郁也、H.Wollnik
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府・豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] 理研におけるMRTOFによる超ウラン元素の精密質量測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤由太
  • 学会等名: 第９回停止低速RIビームを用いた核分光研究会
  • 発表場所: 日本原子力機構・先端基礎研究センター (茨城県・東海村）
  • 年月日: 2017-03-05 – 2017-03-06
• [学会発表] Observation of doubly-charged ions of Pb through Pu extracted from cryogenic gas cell and mass analyzed by MRTOF-MS (2017)
  • 著者名/発表者名: P. Schury
  • 学会等名: 第９回停止低速RIビームを用いた核分光研究会
  • 発表場所: 日本原子力機構・先端基礎研究センター (茨城県・東海村）
  • 年月日: 2017-03-05 – 2017-03-06
• [学会発表] Precision mass measurements of proton-rich nuclei in A~60-80 region with the multi reflection time-of-flight mass spectrometer (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村創大
  • 学会等名: 第９回停止低速RIビームを用いた核分光研究会
  • 発表場所: 日本原子力機構・先端基礎研究センター (茨城県・東海村）
  • 年月日: 2017-03-05 – 2017-03-06
• [学会発表] 革新的質量分光器を用いた重元素の起源の研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 和田道治
  • 学会等名: 東海・重イオン科学シンポジウム
  • 発表場所: 日本原子力研究機構 (茨城県・東海村）
  • 年月日: 2017-01-05 – 2017-01-06
  • 招待講演
• [産業財産権] 飛行時間測定式質量分析装置および方法 (2017)
  • 発明者名: 和田道治、P.Schury, 伊藤由太、H.Wollnik
  • 権利者名: 和田道治、P.Schury, 伊藤由太、H.Wollnik
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: OP-17056-PCT
  • 出願年月日: 2017-02-17
  • 外国