中性子数５１近傍におけるアイソマー探索 下田研究室 堀稔一 重イオン不安定核 実験グループ 増江俊行 田尻邦彦 共同研究者 小紫順治 長澤拓 西村太樹 あらすじ 目的 測定原理 実験準備・場所 実験 解析 考察 まとめ 今後の課題 実験の目的 中性子数５１（魔法数５０＋１）の 原子核でのアイソマーの探索 アイソマー：γ崩壊の寿命が長い励起準位 普通のγ崩壊の寿命： 10-15 sec アイソマー： 10-9 sec ~ 10-6 sec ~ 数sec ～ 数時間の寿命のものも なぜアイソマーになるのか？ ＜Z=偶数＞ N=５１の場合 N=５０の魔法数のコア（芯）が壊れて 原子核が変形する 原子核：球形 N＝５０,Z＝偶数のコア + 中性子１ 長寿命 スピンを大きくしながら 励起した場合 原子核が変形 N＝４８,Z＝偶数のコア + 中性子３ 原子核：みかん型 測定原理 原子核の励起準位 γ線の同時・遅延計測法によって アイソマーを探索 γ3 γ1 検出器１ 検出器２ 生成核 γ線が時間差を持って 2台の検出器で観測 γ4 アイソマー 準位 γ2 ~fsecで崩壊 ~nsec以上 アイソマーの可能性 γ線の時間情報を使ってアイソマーを探索する 実験条件 反応： natZn ターゲット バッキング + 40Ar 天然のZn （厚さ 0.0025 ㎜ = 1.8mg/cm2) + 天然のPb (厚さ 0.0078 ㎜ = 8.8mg/cm2) ビームのエネルギー： １９７MeV ビームの強度： 0.2pnA ゲルマニウム検出器： ５台 実験場所： 大阪大学核物理研究センター（吹田キャンパス） →RCNP （Research Center of Nuclear Physics） ENコース（東実験室） 加速器： AVFサイクロトロン 東 実 験 室 ENコース RCNP AVFサイクロトロン 実験準備 ＜ビームコースの設計＞ ＊設計図作成 （9月～10月） ゲルマニウム半導体検出器の架台 ターゲットチェンバー ビームダンプの架台 ＊製作 （10月下旬～11月下旬） 業者に委託 ＊セットアップ （1２月上旬） 研究室のみんなとRCNPの方々 ＊ターゲットの作成 （12月下旬） ローラーでのばした １月に本実験 ＊設計図作成 ※ビームコース設計上の留意点 ・γ線のS/N比を良くしたい ・統計量を稼ぎたい ○検出器をできるだけ近づける ○ビーム量を減らす ○チェンバーでのγ線の吸収を減らしたい ↓ ターゲットチェンバーはアクリル製 ビームダンプの配置（ビームを止めるもの） 検出器から遠ざけたい しかし 遠すぎるとビームが拡がる ↓ ターゲット中心から2.3ｍに 検出器の配置 ビーム軸に対して 30、60、90度の 角度分布が取れるように 〇ビームライン設計 ENコース上流 ターゲットチェンバー ↑ ターゲットを設置 ゲルマニウム検出器 ↑ γ線を検出 ソフトウェア ： AUTOCAD ビームダンプ 三次元 ↑ ビームを止める ENコース下流 ＜新しく設計したもの＞ ・ターゲットチェンバー ・検出器の架台 （テーブルと検出器固定板） ダクト支え ・ビームダンプの架台 ・ダクト支え ターゲットチェンバー ビームダンプ架台 テーブル 検出器固定板 ＊セットアップ アクリルターゲットチェンバー と ゲルマニウム検出器 ＊ターゲット製作 ターゲット 天然のZn （厚さ 0.0025 ㎜ = 1.8mg/cm2) + 天然のPb (厚さ 0.0078 ㎜ = 8.8mg/cm2) ・Zn中での Ar ビームのエネルギー 178 ～ 197MeV このエネルギー範囲で反応 ・Pbは生成核を止めるためのバッキング ローラーで延ばして製作 実験 実験期間： 2006年 1/11 21:00 ～ 1/13 21:00 この実験でできる複合核 64Zn 30 40Ar → (49%) + 18 104Cd* 66Zn 30 40Ar → (28%) + 18 106Cd* 67Zn 30 40Ar → ( 4%) + 18 107Cd* 68Zn 40Ar → (19%) + 18 108Cd* 30 ( ) ： 天然のZnの組成比 48 48 48 48 〇複合核からの反応過程 高励起状態 → アルファ、陽子、中性子の放出 アルファ粒子 複合核 中性子 陽子 高エネルギーの γ線 高エネルギーのガンマ線放出後 ガンマ線 基底状態 これを検出 生成核の見積もり （CASCADEより） （N=51の場合） N = 48~54の核種 66Zn、67Zn、68Zn 95Ru、93Mo、94Tcなど多くの核種ができる 実験結果 ２本以上のγ線を同時に観測した場合のγ線スペクトル 緑 Tc 青 Ru 赤 Rh 16種類以上の核種が生成された 特定核種だけのスペクトル 96RuのLevel scheme 96Ruのγ線と同時計測された スペクトル 96Ruだけ見える B. Kharraja et al. Phys Rev C 57(1998) コインシデンス関係 96Ruだけのスペクトルができる アイソマーの解析 アイソマーを探索するためには・・・ アイソマーを探索できるスペクトルを作る アイソマーの探し方 γ１ γ３ 検出器１ γ2 γ４ 検出器２ 生成核 検出器１と検出器２の時間差スペクトル counts 同時 検出器２が 遅い γ３ γ1 検出器２が 早い γ４ γ2 ② ① ③ 時間差 γ１,γ２を検出 領域①に見える γ３,γ４を検出 領域②に見える アイソマー γγの時間差スペクトル この領域を見る ２４０～６００nsec遅れてコインシデンスしたγ線のスペクトル 同時のγ線は見えない 遅れたγ線だけ見える 遅い 同時早い ② ① ③ 既知のアイソマーを見る 半減期190nsec92Mo アイソマー 240~600nsecの領域で 見えるはず 遅い 同時早い ② ① ③ ２４０～６００nsec遅れてコインシデンスしたγ線のスペクトル アイソマー経由後のγ線が見える 遅い 同時早い ② ① ③ 90Mo：1.12μsec 92Mo：190nsec 94Mo：98nsec 93Tc ：10.2μsec ９２ 既知のアイソマーが確認できた！ Moのアイソマーが確認できた！ アイソマーの寿命を求める counts ９２Moのアイソマーの時間差、検出数のスペクトルのfitting 時間差（nsec) 結果：２７０ns 寿命からアイソマーを確認 文献値（190~260nsec)と同程度 ２４０～６００nsec遅れてコインシデンスしたγ線のスペクトル 遅い 同時早い ② ① ③ 青：同定できてない 未知のアイソマーの可能性あり！ 606keVの核種を同定 未知のアイソマーを探索 遅い 同時早い ② ① ③ 未知のアイソマーの探索 時間差なしで606keVとコインシデンスしたγ線のスペクトル 94Tｃ 遅れた領域 アイソマーはない で見えない！ 残念！！ 核種の同定できていないγ線 未知のアイソマー可能性あり！ まとめ 1. N＝５１のアイソマーの探索を行った。 2. RCNPのENコースのビームラインの設計と組み立てを行った。 3. ターゲットを自作した。 4. AVFサイクロトロンからのビーム使った。 5. natZn + 40Ar（197MeV)の反応でのインビームγ線核分光実験を行った。 6. １６種の核種を確認した。 7. 既知のアイソマーを確認した。 8. ９２Moの寿命を求めた。 9. 未知のアイソマーを発見する可能性があるピークを確認した。 今後の課題 ●未知のアイソマーの探索 ２４０～600nsecでのγ線の同定 ６００n～２μsecでのアイソマー探索 時間差を変える
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