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大学・研究所にある論文を検索できる 「Development of RF carpet type He gas cell and high-precision mass measurement of neutron-rich nuclei at around A = 50 - 60 with MRTOF」の論文概要。リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。
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Development of RF carpet type He gas cell and high-precision mass measurement of neutron-rich nuclei at around A = 50 - 60 with MRTOF

飯村, 俊 大阪大学

2022.03.24

概要

質量は原子核の最も基本的な物理量の一つであり，原子核の質量はそれを構成する陽子と中性子の合計質量よりも僅かに軽い。その質量欠損は結合エネルギーとして知られ，原子核の安定性に関わる量であるため，核の魔法性などの重要な核構造情報を含んでいる。近年の加速器施設の性能向上とともに，安定核よりも中性子や陽子の数が極端にアンバランスな不安定核の研究が盛んに行われ，特に中性子過剰な原子核では安定核領域で知られていた魔法数が消失したり、新魔法数が出現したりすることが明らかとなってきた。理化学研究所RIBF/BigRIPSでは現在世界最大強度の高エネルギー中性子過剰核ビームが生成でき，これらの短寿命核においては多重反射型飛行時間測定式質量測定装置（MRTOF）による効率的な高精度質量測定が望ましい。しかしBigRIPSから供給されるビームは核子当たり数百MeVと高エネルギーであるが，MRTOFで質量測定するには数keV以下の低エネルギービームを入射しなければならない。そこで，我々は高エネルギービームを低エネルギービームに変換する高周波カーペット型ヘリウムガスセル（RFGC）を開発し，そのコミッショニング実験によりBigRIPSからの高エネルギー短寿命核ビームを低エネルギービームとして引き出し，MRTOFによる高精度質量測定に成功した。

RFGCの開発では，BigRIPSでの生成手法から生じる大きなエネルギー広がりをもつ高エネルギー短寿命核ビームに対応するために、新設計の電極構造を導入し，表面電離型イオン源を用いたオフライン試験で輸送効率を測定した。その際，電場やガスなどの様々な条件を検討し，輸送するイオンの質量電荷比に応じて最適条件を調べ、80%以上の輸送効率を達成した。オンライン実験に向けてRFGCをMRTOFと接続し，BigRIPSビームラインの下流に設置，インビームg線核分光実験（HiCARI）と並行したパラサイト実験を行った。HiCARIでは7つの実験課題が実施され，その都度異なる核種の高速RIビームが供給され，広い質量領域（質量数A = 40からA = 140まで）の短寿命核ビームをRFGCに入射させて、RFGCの性能を評価することができた。結果、全系の効率1%以上（ビーム停止効率、イオン生存確率、RFGC+MRTOFの輸送効率、放射壊変損失などをすべて含む）を達成した。ガス中でのビーム停止効率を除くと最大で18%と高い引き出し効率を実現していることがわかった。

本実験では，MRTOFにより70核種以上の中性子過剰核の質量測定を行った。特に，A = 50-60領域では，飛行時間スペクトルを補正するための新解析手法も導入し，15核種の質量を同定，その内55Sc，56Ti，58Ti，56V，57V，58V，59Vの質量精度は文献値より約10倍向上した。この結果を，過去の文献値や，異なる解析手法との比較検討により評価した。質量精度の向上によって，この領域の質量から直接得られる中性子分離エネルギーの系統性から、Ca同位体で確認されていた新魔法数N = 32, 34のシェルギャップの詳細な議論が可能となった。結果、N = 32についてはCaから原子番号の増加とともにシェルギャップが減少傾向にあることが高精度に確認され、N = 34ではSc, Ti,Vにおけるシェルギャップが消失していることが新たに判明した。

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