Pioneering mass measurement research of r-process nuclei in the blank spot region

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H02096
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 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, 教授 (50190799)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 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) ; 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, 研究機関講師 (50353363)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 多重反射型飛行時間測定式質量分光器 / レーザー共鳴イオン化 / 速い中性子捕獲過程 / ブランクスポット / 元素選択型質量分離器

Outline of Annual Research Achievements

ガス充填型反跳イオン分離器(GARIS)に設置し開発的研究を進めてきた多重反射型飛行時間測定式質量分光装置(MRTOF-MS)で得られた成果については、逐次学術論文に投稿した。特に超ウラン元素領域の原子核質量測定結果は、新たな超重核探索研究を切り開く成果として、論文公開と同時に記者発表を行った。この開発過程で100K程度に低温化したヘリウムガスセルによって、短寿命核イオンのガスセル内での残存確率が高まること、大きな原子番号を持つイオンの場合は、ヘリウムとのイオン化ポテンシャルの違いを正しく反映して２価状態での残存確率が高まり、それの引出しが有利となることが見出された。本研究におけるKISS-MRTOF-MSの運転においても有効な知見である。
KISS-MRTOF-MSについては、昨年度から継続して装置の設計と製作、据え付け・試験が行った。製作費用の問題から半年程度の計画の遅れを生じたが、粛々と現場での組立てが進んだ。具体的には、昨年度整備した専用ビームライン下流に、KISSからの不安定核を補足するためのヘリウムガスセル、そこから引出したイオンの輸送用高周波６極イオンガイド、またMRTOF入射条件であるイオンのクーリング、バンチング用線形４重極イオンガイドと平衡平板型イオントラップの組込みが終了し、ヘリウムガスによる差動排気状況の確認・調整が終了した。並行して、既設のMRTOF飛行管部分を短縮したmini-MRTOFの組上げ後、ミラー型電極などの昇圧調整が進んでおり、H30年度前半に全系が完成、KISSからの安定核ビームによる性能最終試験を行う。
当初目標としていた質量測定対象核種の一部を含む実験については、予定通り実験課題採択委員会に実験課題を申請、遂行すべしとの評価を得たので、H30年度後半からのビームタイムで本研究課題の目標とした質量測定開拓を開始出来る見通しとなった。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] IBS(韓国)
  • Country Name: KOREA (REP. OF KOREA)
  • Counterpart Institution: IBS
• [Int'l Joint Research] Univ. of Surrey/Univ. of Brighton(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: Univ. of Surrey/Univ. of Brighton
• [Int'l Joint Research] Argonne Nat. Lab.(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Argonne Nat. Lab.
• [Int'l Joint Research] Australian Nat. Univ.(オーストラリア)
  • Country Name: AUSTRALIA
  • Counterpart Institution: Australian Nat. Univ.
• [Int'l Joint Research] GSI(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: GSI
• [Int'l Joint Research]
  • # of Other Countries: 1
• [Journal Article] First Direct Mass Measurements of Nuclides around Z = 100 with a Multireflection Time-of-Flight Mass Spectrograph (2018)
  • Author(s): Y. Ito,, P. Schury, M. Wada, F. Arai, H. Haba, Y. Hirayama, S. Ishizawa, D. Kaji, S. Kimura, H. Koura, M. MacCormick, H. Miyatake, J. Y. Moon, K. Morimoto, K. Morita, M. Mukai, Murray, T. Niwase, K. Okada, A. Ozawa, M. Rosenbusch, A. Takamine, T. Tanaka, Y. X. Watanabe, H. Wollnik, and S. Yamaki
  • Journal Title: Physical Review Letter Volume: 120 Pages: 152501
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.152501
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High-efficiency and low-background multi-segmented proportional gas counter for β-decay spectroscopy (2018)
  • Author(s): Mukai M.、Hirayama Y.、Watanabe Y.X.、Schury P.、Jung H.S.、Ahmed M.、Haba H.、Ishiyama H.、Jeong S.C.、Kakiguchi Y.、Kimura S.、Moon J.Y.、Oyaizu M.、Ozawa A.、Park J.H.、Ueno H.、Wada M.、Miyatake H.
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A Volume: 884 Pages: 1～10
  • DOI: 10.1016/j.nima.2017.12.013
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Doughnut-shaped gas cell for KEK Isotope Separation System (2017)
  • Author(s): Hirayama Y.、Watanabe Y.X.、Mukai M.、Oyaizu M.、Ahmed M.、Ishiyama H.、Jeong S.C.、Kakiguchi Y.、Kimura S.、Moon J.Y.、Park J.H.、Schury P.、Wada M.、Miyatake H.
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B Volume: 412 Pages: 11～18
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2017.08.037
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ionization cross section, pressure shift and isotope shift measurements of osmium (2017)
  • Author(s): Hirayama Yoshikazu、Mukai Momo、Watanabe Yutaka、Oyaizu Michihiro、Ahmed Murad、Kakiguchi Yutaka、Kimura Sota、Miyatake Hiroari、Schury Peter、Wada Michiharu、Jeong Sun-Chan
  • Journal Title: nal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics Volume: 50 Pages: 215203～215203
  • DOI: 10.1088/1361-6455/aa8b50
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Observation of doubly-charged ions of francium isotopes extracted from a gas cell (2017)
  • Author(s): Schury P.、Wada M.、Ito Y.、Kaji D.、Haba H.、Hirayama Y.、Kimura S.、Koura H.、MacCormick M.、Miyatake H.、Moon J.Y.、Morimoto K.、Morita K.、Murray I.、Ozawa A.、Rosenbusch M.、Reponen M.、Takamine A.、Tanaka T.、Watanabe Y.X.、Wollnik H.
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms Volume: 407 Pages: 160～165
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2017.06.014
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] In-gas-cell laser spectroscopy of the magnetic dipole moment of the N~126 isotope 199Pt (2017)
  • Author(s): Y. Hirayama, M. Mukai, Y. X. Watanabe, M. Ahmed, S. C. Jeong, H. S. Jung, Y. Kakiguchi, S. Kanaya, S. Kimura, J. Y. Moon, T. Nakatsukasa, M. Oyaizu, J. H. Park, P. Schury, A. Taniguchi, M. Wada, K. Washiyama, H. Watanabe, and H. Miyatake
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 96 Pages: 014307
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.96.014307
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Recent progress of the KISS project at KEK-WNSC (2017)
  • Author(s): H. Miyatake
  • Organizer: China-Japan collaboration workshop on “Nuclear mass and life for unravelling mysteries of r-process”, 6/26-28, Tsukuba Univ., Tsukuba
  • Invited
• [Presentation] Present status of the KISS project (2017)
  • Author(s): H. Miyatake
  • Organizer: OMEG 2017, International Symposium on Origin of Matter and Evolution of Galaxies, 6/27-30, Daejeong, Korea
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Present status of the KISS project (2017)
  • Author(s): H. Miyatake
  • Organizer: International Workshop on “Physics Opportunities using CAGRA and RCNP tracking Ge detector” (CAGRA17), 10/10-12, RCNP, Osaka
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Recent KISS activities and future’s plan (2017)
  • Author(s): H. Miyatake
  • Organizer: Workshop for Einsteinium Campaign, 11/7-8, JAEA, Tokai
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Nuclear production by multinucleon transfer reactions with neutron-rich heavy ion beams (2017)
  • Author(s): Y.X. Watanabe
  • Organizer: Workshop for Einsteinium Campaign, 11/7-8, JAEA, Tokai
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] KISS、超微細構造測定と質量測定の現状 (2017)
  • Author(s): 宮武宇也
  • Organizer: 平成29年度KUR専門研究会 「短寿命RIを用いた核分光と核物性研究」, 12/20-21, 京大原子炉実験所
• [Presentation] Present status of the KISS project (2017)
  • Author(s): H. Miyatake
  • Organizer: Impact of Exotic Nuclear Structure on Explosive Nucleosynthesis, 11/23-24, Beihang Univ., China
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Production of neutron-rich nuclei by multinucleon transfer reactions at KISS Project (2017)
  • Author(s): Y. X. Watanabe
  • Organizer: 3rd International Symposium on Super-Heavy Elements (SHE2017), 9/10-14, Kazimierz Dolny, Poland
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Production of N = 126 Nuclei and Beyond Using Multinucleon Transfer Reactions for KISS Project (2017)
  • Author(s): Y.X. Watanabe
  • Organizer: ARIS2017, 5/28-6/2, Keystone, United States
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] KISS I : 199Ptのレーザー共鳴イオン化核分光 (2017)
  • Author(s): 平山賀一
  • Organizer: 日本物理学会、9/12-15, 宇都宮大学
• [Presentation] Nuclear spectroscopy of r-process nuclei around N=126 by using KISS (2017)
  • Author(s): Y. Hirayama
  • Organizer: International symposium of RI beam physics in the 21th century: 10th anniversary of RIBF, 12/4-5, Riken
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Nuclear spectroscopy of r-process nuclei around N=126 by using KISS (2017)
  • Author(s): Y. Hirayama
  • Organizer: KEK-TRIUMF Scientific Symposium, TRIUMF
  • Invited
• [Remarks] KEK 和光原子核科学センター
  • URL: http://research.kek.jp/group/wnsc/