2018 Fiscal Year Annual Research Report
Study of the origin of heavy elements using an innovative mass spectrograph
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17H06090
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森本 幸司 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 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, 仁科加速器科学研究センター, 技師 (00391912)
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)
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 原子力科学研究所 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, 仁科加速器科学研究センター, チームリーダー (60360624)
西村 俊二 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 先任研究員 (90272137)
石山 博恒 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, チームリーダー (50321534)
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| Project Period (FY) |
2017-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | 超重元素 / 重元素の起源 / MRTOF質量分光器 / イオントラップ / α-ToF検出器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、移設された気体充填型反跳核分離器（GARIS-II)に設置したMRTOF質量分光器(SHE-Mass-II)のオンラインでの試験が順調に進み、超重元素の質量測定が実施可能になったことが大きな進展であった。とりわけ、MRTOFの飛行時間測定のための検出器MagToFにシリコン半導体検出器を組み込んで、イオンが飛来した時刻を刻む飛行時間(ToF)情報と、飛来後まもなくそこでα崩壊するときのα線のエネルギーと遅延時間を同時に記録できるα-ToF検出器のオンラインでの試験に成功したことが特筆される。これによって、極稀にしか検出できない超重元素同位体の検出の確度を上げられるばかりでなく、核異性体（アイソマー）の分離やその独立した質量測定、原子核の寿命測定にも適用できるなど、画期的な発明である。実際に207Ra同位体の基底準位とアイソマー準位をエネルギーと寿命のしきい値によって、ToFスペクトル上では直接分離が困難な0.5 MeV/c^2程度の分離を分けることに成功している。
一方、この装置を利用した旗艦実験であるモスコビウム、ニホニウムの質量測定実験はその原子核の生成に必須なCa48安定同位体の入手が困難になっており、目処が立っていない。
元素選択型同位体分離器(KISS)におけるMRTOF装置の開発は順調に進行しており、オフラインでのToFスペクトルの観測に成功している。
入射核破砕片分離器（BigRIPS）のビームを減速・捕集してMRTOFに導くSLOWRIガスセルのオフラインでの試験は順調に進んでいる。新しく考案した雨樋型高周波カーペットの稼働を確認している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
理化学研究所の加速器施設の複数のサイトで並行して短寿命原子核の質量測定を実行するために、複数のMRTOF質量分光器を整備し、そのインターフェースとしての異なる形式のガスセル装置を開発・整備していく必要があるが、それらの開発が順調に進んでいる。さらに、稀な事象の高確度の検出に大変有効なα-TOF検出器の開発に成功していることは今後の研究の進捗を担保するものである。一方、ニホニウム、モスコビウム同位体の生成に必要なCa48ビームが加速器施設側で調達できない状況になり、ユーザー側で提供しなければならない状況になったことは、この実験の進捗の不安材料である。Ca48は市場での調達も困難になっており、時折相当な高額で売り出されることがあるのでその機会に期待して一部を繰り越した経緯がある。自前での生成も視野に入れ、安定同位体の分離技術の開発を始めている。
重元素の起源の研究のための多くの原子核は、BigRIPSサイトに整備しているSLOWRIガスセルとMRTOFで実現可能なので、そこの部分の進捗は問題ないと判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
Ca48ビームが必要な、ニホニウム、モスコビウムには至らなくとも、V51ビームを使って生成可能な超重元素Db, Sgの質量測定を可能な限り実行する予定である。
多核子移行反応というユニークな中性子過剰核生成に特化したKISS装置においては、MRTOFを使ったそれらの原子核の質量測定に加えて、核異性体の分離や、レーザー核分光との組み合わせた研究の発展も予定している。
最も多数の中性子過剰原子核の質量測定を計画しているBigRIPS/SLOWRIでの実験は、BigRIPS分離機の下流のZeroDegree分光器の末端のビームダンプ位置にSLOWRIガスセル装置とMRTOF装置を置き、上流の実験で捨てている多くの短寿命核イオンを使って、網羅的測定を実行する予定である。
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[Journal Article] Commissioning of the BRIKEN detector for the measurement of very exotic β-delayed neutron emitters2019
Author(s)
Tolosa-Delgado A.、Agramunt J.、Tain J.L.、Algora A.、Domingo-Pardo C.、Morales A.I.、Rubio B.、Tarifeo-Saldivia A.、Calvio F.、Cortes G.、Brewer N.T.、Rasco B.C.、Rykaczewski K.P.、Stracener D.W.、Allmond J.M.、Grzywacz R.、Yokoyama R.、Singh M.、King T.、Madurga M.、Nishimura S.、Phong V.H.、et al.
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Journal Title
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment
Volume: 925
Pages: 133～147
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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