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ガモフ・テラー巨大共鳴の直接陽子崩壊( Dissertation_全
文)
秋宗, 秀俊
Kyoto University (京都大学)
1995-07-24
http://hdl.handle.net/2433/86225
Right
Type
Textversion
Thesis or Dissertation
author
Kyoto University
学 位 申請 論 文
ガ モ フ ・テ ラ ー 巨 大 共 鳴 の
直接 陽子 崩 壊
秋宗 秀俊
Abstract
Spin-isospinexcitationsin208Bihavebeeninvestigatedusingthe
208Pb(3He
,t)208Bireactionatandnearθ
舘0。atE(3He)=450MeV・The
microscopicstructureoftheGarnow-Tellerresonance(GTR),theisobaric
analogstate(IAS),andthespin一
且ipdipole(△L=1)resonance(SDR)in
208Bihasbeenstudiedbyobservingtheirdirectprotondecaystothe
low-lyingneu七ron-holes七atesin207Pb.Decayprotonsweremeasuredat
backwardanglesincoincidencewithtritonsdetectedatandnearO。.The
protondecaysoftheGTRandSDRhavebeenmeasuredsuccessfully
forthefirsttime.Thetotalbranchingratioforprotondecayfrom七he
GTRisdeterminedtobeonly4.9士1.3%.Thetotalbranchingratiofor
protondecayfrom七heSDRamountsto14.1土4.2%.Ourdataforthe
totalwidthsoftheGTRandIASaswellasfortheto七alandpar七ial
protonescapewidthsarecomparedwiththeoreticalestimatesobtained
in七heframeworkofthecontinuumTamm-Dancoffapproximation.
目 次
ーム
論
ー
1序
ピ ン.ア
大
共 鳴
崩 壊.
徴..,.................__.__
8 8 8
2実
の 崩 壊.._......_._._..
ら の 陽 子
!.4特
・ ・
6
L3GTRか
ピ ン 励 起.....,.._.一
E∂
1.2巨
イ ソ ス
験
2.1力
口速 器....................
ペ
ク
ト ロ グ
ラ フGrand-Raiden
2.3焦
点 面MWDC..。..........
10 n 12 13 14
2.2ス
2.4SSD(SolidStateDetector[Si(Li)])_._._,.
2.5測
定
回 路
系.,.............._.__.
2.6コ
イ ン シ デ
2.7デ
ー
ン ス......_...........
タ 収 集 系_.........,.........
ー タ 解 析
3.lMWDCの
32ス
位 置 情
ペ
3.3t粒
ク
子
ト ロ グ
の エ
報..._.......
ラ フ の エ ネ
ネ ル ギ
ー
と 散
ル ギ
ー 校 正....
乱 角..
験 結 果
4.1共
鳴 へ
の 反 応
42陽
子
崩 壊
4.3誤
差
の 評 価
4.4入
射
エ
断 面 積
巾 の 決 定......
ネ ル ギ
ー450MeVで
4.4.1超
前 方
で
4.42反
応 機 構......
の(3He,t)反
移 強
崩 壊
とGamow.
移 強 度.............
と の 比 較
子
度
34 34
5.1陽
機 構 二
33
論
の 反 応
の 反 応 断 面 積.
4.4.3208BiのIAS、GTRのFermi遷
Teller遷
応
25 25 26 29 30 30 31
4実
5理
15 15 20 21
3デ
(
ソ一
1.1ス
巾
37
6結
論
11
1序
論
1.1ス
ピ ン.ア イ ソ ス ピ ン 励 起
重 い 原 子 核 に 対 す る 、高 エ ネ ル ギ ー 荷 電 交 換 反 応 の 前 方 測 定 で は 、GamowTeller巨
大 共 鳴(GTR)、Is。baricAnalog共
鳴(IAR)が
・顕 著 な ピー ク
と し て 観 測 さ れ る 。 こ れ ら の 二 つ の 強 く励 起 さ れ る 共 鳴 状 態 は 、 一 粒 子
一 空 孔 状 態 の コ ヒ ー レ ン トな 励 起 の 典 型 的 な 例 で あ る 。 図1に 、E・H,=
450MeVで
測 定 さ れ た208Pb(3He,七)反
応 の エ ネ ル ギ ー ス ペ ク トル を 示 す 。
励 起 エ ネ ル ギ ー15.6MeVと152MeVにGTRとIASが
強 く励 起 さ れ
て い る こ とが わ か る 。
GTRは
理 論 的 に は1963年
に 藤 田 、藤 井 、池 田[1,2]ら
に よ りGamow-
Tellerβ 崩 壊 強 度 の クエ ン チ ン グ を説 明 す る た め に そ の 存 在 が 予 想 さ れ た 。
実 験 的 に は 、1975年
ギ ー35MeVで
に ミ シ ガ ン大 学 の グ ル ー プ に よ る 、 入 射 陽 子 エ ネ ル
の90Zr(p,n)反
年 に 、Cu、Pb、Uを
応 に よ り発 見 さ れ た[3]。 歴 史 的 に は 、1962
タ ー ゲ ッ ト と し てHarwellで
(p,n)反 応 の ス ペ ク トル[4]にGTRの
当 時 、GTRの
の
バ ンプ を見 い だ す こ と が 出 来 る が 、
存 在 は 理 論 的 に も 予 想 さ れ て お らず 、IASの
と解 釈 さ れ た[5]。 そ の 後 、1980年
応 の0度
行 わ れ た!43MeVで
代 に な っ て100MeVを
ピー ク で あ る
越 え る(p,n)反
測 定 に よ り、 ス ピ ン ア イ ソ ス ピ ン 励 起 が 、 際 だ っ て 選 択 的 に 励
起 さ れ る こ と が わ か り、 イ ン デ ィア ナ 大 学 サ イ ク ロ トロ ン施 設 を用 い て の
系 統 的 な 研 究 が な さ れ た[6,7,8,9,10,11]。
たGTRの
そ の 結 果 、実 験 的 に 測 定 さ れ
励 起 強 度 は 、 単 純 な 藤 田 ら に よ る 和 則(Σ ⊃B(GT)=3(N-Z))[1]
と 比 較 す る と 、 軽 核 か ら重 い 核 に か け て 和 則 の50%∼60%し
かない と
い う こ とが 明 らか に な っ た[12]。
こ の 測 定 結 果 を め ぐ る様 々 な 議 論 の 結 果 、
1.乱 雑 位 相 近 似(RPA)に
GT強
、 二 粒 子 二 空 孔 状 態 ま で の 励 起 を取 り こ ん だ
度 の 分 布 の 計 算 に よ り[13,14,15,16]、(p,n)反
ピ ー ク と して 観 測 さ れ るGTRの
域 にGT強
応 で 目立 っ た
中 心 部 よ り高 い 励 起 エ ネ ル ギ ー 領
度 が テ ー ル の よ うに 分 布 す る とい う こ とが 示 唆 され た 。
実 験 的 に は 、 こ の よ うな 高 い 励 起 エ ネ ル ギ ー の領 域 に は準 弾 性 散 乱
や ほ か の 巨 大 共 鳴 な ど の 影 響 が 強 く、 こ の 様 な テ ー ル 部 分 のGT遷
移 強 度 を 引 き 出 す こ と は 非 常 に 困 難 で あ る 。 し た が っ て 、GTRの
1
GT強
度 を実 験 的 に 決 め よ う と し て も 、 得 ら れ る エ ネ ル ギ ー ス ペ ク
ト ル か ら は 、GTR中
央 部 のGT強
度 の の寄 与 だ け を評 価 す る こ と と
な り、 ク エ ン チ し て 見 え る 。
2.励 起 エ ネ ル ギ ー300MeVの
△ 励 起 と の 結 合 に よ り、GT遷
移強度 が
ク エ ン チ し て い る[17]。
と い う二 つ の 解 釈 が 提 唱 さ れ て い る 。
核 子 一 核 散 乱 で は 、GT遷
起 さ れ る 。 こ の 励 起 は △S=1、
移 は 有 効 核 力 の 項 の う ちVσ 丁項 を 通 じ て 励
△T=1、
△L=0と
特 徴 づ け られ る。 角 運 動
量 移 行 が 伴 わ な い 励 起 な の で 、 運 動 量 移 行 が 最 小 の 時 、 す な わ ち0度
散 乱 断 面 積 は 最 大 と な る 。 一 方 核 力 のV.項
移 は △S=0、
△T=1、
△L=0と
で
を 通 じ て 励 起 さ れ るFermi遷
特 徴 づ け ら れ 、V。.に よ る 励 起 と 同 様 に0
度 で 反 応 断 面 積 は最 大 とな る。
有 効 核 力 の 理 論[18,19]に
400MeVま
MeVま
核 子 あ た り100MeVか
で 平 坦 な エ ネ ル ギ ー 依 存 性 を 持 つ が 、V.は
で 急 速 に 減 少 す る(図2)。
に 示 す 。14C(p,n)14N反
GT遷
よ れ ば 、V。.は
応 の 入 射 エ ネ ル ギ ー 依 存 性 を 示 し て お り、 純 粋 な
散 乱 断面 積 に規 格 化 す る と 、純
移 で あ る 状 態(E.=2.31MeV)の
た り60MeVか
、 核 子 あ た り100
こ の こ と を 象 徴 的 に 示 す 図 を 図3[20]
移 で あ る 状 態(E、=3.95MeV)の
粋 なFermi遷
ら
ら160MeVに
散 乱 断 面 積 は 、核 子 あ
か け て急 速 に減 少 す る 。 ま た 、核 子 あ た り
の 入 射 エ ネ ル ギ ー が100MeVを
越 え る と、 イ ンパ ル ス近 似 の描 像 が よ く
成 り立 ち 、 反 応 機 構 は 直 接 過 程 が 支 配 的 に な り単 純 に な る と さ れ て い る 。
同 様 に(3He,t)反
応 の よ う な 複 合 粒 子 の(p,n)型
反 応 にお い て も 、核 子 あ
た り100MeVを
越 え る入 射 エ ネル ギ ー領 域 で は 、直 接 過 程 が 支 配 的 に な
る[21]。
した が っ て 、 入 射 エ ネ ル ギ ー が100/AMeV以
測 定 は 、Gamow-Teller励
で 、Gamow-Teller励
上 で の電荷 交換 反応 の
起 の 研 究 に 適 した 方 法 で あ る と い え る 。 こ れ ま
起 は 様 々 な 荷 電 粒 子 ビ ー ム(3He、6Li、12C、12C)な
ど を 用 い 、(p,n)反 応 で は 達 し得 な い 高 分 解 能 測 定 と い う利 点 を 生 か し て
研 究 が な さ れ て き た が 、 そ れ ら は 、100MeV/A以
下 の入射 エ ネルギ ーで
行 わ れ て き た[22,23,24,25,26,27]。
1.2巨
大 共 鳴 の崩壊
巨 大 共 鳴 は 、励 起 エ ネ ル ギ ー が 約10MeVか
ら 約20MeVで
数MeV
の 巾 を 持 つ 核 の 共 鳴 状 態 で あ る 。 殻 模 型 に 基 づ く微 視 的 核 構 造 論 の 立 場
2
か ら見 る と、巨 大 共 鳴 は粒 子 一
空 孔 状 態 の コ ヒ ー レ ン トな和 で あ る と理 解
で きる。
励 起 さ れ た 巨 大 共 鳴 は そ の 巾 の 大 き さが 示 す よ う に 急 速 に 緩 和 す る 。
そ れ は 、一 粒 子 一 空孔 状 態 の励 起 エ ネ ル ギ ー が粒 子 崩 壊 の 閾 値 を 越 え て
い る た め 、 強 い 相 互 作 用 に よ り粒 子 崩 壊 す る た め で あ る 。
粒 子 崩 壊 に よ る 巨大 共 鳴 の緩 和 過 程 に は次 の よ うな 二 つ の 過 程 が 考 え
ら れ る[28,29]。
1.直 接 崩 壊
巨 大 共 鳴 を 構 成 す る 一 粒 子 一一 空 孔 状 態 の 粒 子 を 放 出 す る こ と に よ り
一空 孔状態 へ崩壊 す る
。 励 起 に 関 与 した 粒 子 が そ の ま ま放 出 さ れ る
の で 、 直 接 崩 壊 と 呼 ば れ 、 そ の 巾 は エ ス ケ ー プ 巾(escapewidthr↑)
と呼 ば れ る 。
2.統 計 的 崩 壊
巨 大 共 鳴 が 二 粒 子 一二 空 孔 状 態 以 上 の よ り複 雑 な 状 態 と 結 合 し て 、粒
子 崩 壊 す る 。 こ の よ うな場 合 、非 常 に準 位 密 度 が 高 い多 粒 子 一
多空孔
状 態 へ と崩 壊 す る 。 した が っ て 、 崩 壊 過 程 は 統 計 的 性 質 を 示 す 。 そ
の 巾 は ス プ レ ッデ ィ ン グ 巾(spreadingwidthr↓)と
共 鳴 の 全 巾(r)は
呼 ばれ る。
、エ ス ケ ー プ 巾 、 ス プ レ ッデ ィン グ 巾 の和 、
r=r↑
十r↓
(1)
で表 せ る。
直 接 崩 壊 過 程 は 励 起 さ れ た 一 粒 子 の 放 出 に よ る 崩 壊 で あ る 。 一 方 、統
計 崩 壊 は 、 統 計 モ デ ル[30]で
よ く説 明 で き る 。 統 計 モ デ ル で は 、 無 数 に
あ る 多 粒 子 一多 空 孔 状 態 を連 続 な 状 態 密 度 と し て 取 り扱 い 崩 壊 の 確 率 を 得
る 。 統 計 的 崩 壊 過 程 で の 陽 子 崩 壊 は ク ー ロ ン障 壁 に よ っ て 抑 制 さ れ る 。 特
に 、 重 い 原 子 核 の 場 合 、 高 い ク ー ロ ン 障 壁 に よ り陽 子 崩 壊 が 強 く抑 制 さ
れ る た め 、統 計 崩 壊 は 主 に 中性 子 崩 壊 に よ っ て 起 こ る。
図4に
た 例[31]を
励 起 エ ネ ル ギ ー に よ る崩 壊 モ ー ドの競 合 を統 計 モ デ ル で計 算 し
示 す 。 こ の 図 か ら も明 ら か な よ う に 、 励 起 エ ネ ル ギ ー が 粒 子
崩 壊 の 閾 値 を 越 え る と 、 核 力 と 電 磁 相 互 作 用 の 差 に よ り、 急 速 に ッ 崩 壊
が 抑 制 され る こ とが わ か る 。 さ ら に 、励 起 エ ネ ル ギ ー が 中性 子 崩 壊 の 閾
値 を越 え る と、 中性 子 崩 壊 が 主 な 崩 壊 過 程 に な る こ とが わ か る 。
巨 大 共 鳴 の 、 一 空 孔 状 態 へ の 直 接 崩 壊 の様 式 を研 究 す る こ と に よ り、
共 鳴 の 微 視 的 構 造 に 関 す る 情 報 が 得 られ る 。 す な わ ち 、 粒 子 崩 壊 の 測 定
3
に よ り、 共 鳴 を 構 成 す る 一 粒 子 一 空 孔 状 態 の 強 度 に 関 す る 情 報 を 得 る こ
と が 出 来 る 。 さ ら に 、 高 エ ネ ル ギ ー 分 解 能 に よ る 測 定 を行 え ば 、 各 々 の
一 空 孔 状 態 に対 して独 立 に この よ うな 情 報 を得 る こ とが 出 来 る 。 こ の よ
う に 、粒 子 放 出 に よ る 巨 大 共 鳴 の 直 接 崩 壊 の 測 定 は 、微 視 的 核 構 造 論 の
描 像 と非 常 に 直 接 的 に 結 び つ い て お り、 実 験 結 果 と理 論 計 算 と の 比 較 が
明 確 に行 え る。 また 、各 一 空 孔 状 態 毎 に崩 壊 巾 が 分 か れ る の で 、 巨 大 共
鳴 の 崩 壊 を記 述 す る 微 視 的 核 構 造 理 論 に 、 非 常 に 強 い 制 限 を 与 え る こ と
が 出来 る。
巨 大 共 鳴 の 崩 壊 の 先 駆 的 な 仕 事 は 、 光 吸 収 に よ り励 起 さ れ た 、40Caの
quadrup・le巨
大 共 鳴(GQR)か
ら の 陽 子 崩 壊 、 α 粒 子 崩 壊 の 測 定[32]で
あ る 。80年 代 に な る と 、 同 時 計 測 に 有 利 な 連 続 ビ ー ム の 出 る 電 子 加 速 器
が 建 設 され 、光 子 吸 収 反 応 に よ る 巨 大 共 鳴 の 粒 子 崩 壊 の 研 究 が 盛 ん に行
われ た。
光 子 吸 収 に よ る励 起 は 、 ハ ド ロ ン ビ ー ム を 用 い る よ り も 、
1.相 互 作 用 が よ く知 ら れ て い る こ と 、
2.多 段 階 過 程 な ど の バ ッ ク グ ラ ウ ン ド が 少 な い 、
な どの 点 で ハ ド ロ ンプ ロー ブ を用 い る よ りも有 利 で あ る 。 一 方 ハ ド ロ ン
プ ロ ー ブ を用 い る利 点 は 、入 射 粒 子 、散 乱 粒 子 の ス ピ ン、 ア イ ソ ス ピ ン 、
入 射 エ ネ ル ギ ー を適 切 に 選 ぶ こ と に よ り 、 選 択 的 に 励 起 の チ ャ ン ネ ル を
選 べ る点 で あ る。
例 え ば 、(α,α')反応 は 入 射 粒 子 、散 乱 粒 子 がS=0、T=0な
△T=0モ
の で 、△S=0、
ー ド を 選 択 的 に 励 起 し 、(π±,πo)反 応 の 場 合 は 、 入 射 粒 子 、 散
乱 粒 子 がS=0、T=1な
の で 、 △S=0、
△T=!モ
ー ド を選 択 的 に 励 起 す
る 。 こ の よ う な 観 点 か ら 、208Pb(α,α'n)反 応 に よ るmonopole巨
quadrupole巨
大共 鳴 、
大 共 鳴 の 中 性 子 直 接 崩 壊 過 程 の 研 究 が 行 れ た[33,34,35]。
しか し 、 中 性 子 崩 壊 は 、 直 接 崩 壊 と統 計 崩 壊 が 競 合 す る た め 、 こ れ ら を
分 離 す る こ と は 容 易 で は な か っ た ・ 一 方 、(P,n)型
の荷電 交換 反応 に よ り
励 起 さ れ た 巨大 共 鳴 は 、 陽子 粒 子 一 中性 子 空 孔 状 態 の コ ヒ ー レ ン トな 和
で あ る と理 解 で きる 。 こ の よ うな 荷 電 交 換 反 応 に よ っ て 励 起 され る 巨 大
共 鳴 の 陽 子 崩 壊 は 、先 に述 べ た よ うに陽 子 放 出 に よ る統 計 崩 壊 が クー ロ
ン障 壁 に よ り 強 く抑 制 さ れ る の で 、 直 接 崩 壊 過 程 で あ る と い え る 。 こ の
よ う に ・ 直 接 崩 壊 と統 計 崩 壊 が 陽 子 崩 壊 と 中 性 子 崩 壊 に 明 確 に 分 離 で き
る の が(P,n)型
の 荷 電 交 換 反 応 よ り励 起 さ れ た 巨 大 共 鳴 の 崩 壊 過 程 の 特 徴
であ る。
4
1.3GTRか
らの 陽 子 崩 壊
入 射3Heビ
ー ム エ ネ ル ギ ー450MeVで
Teller状 態 の 励 起 の よ う な 、△S=1、
応 で は △S=1、
△T=0モ
の(3He,t)反
△T=1励
応 は ・Gamow-
起 に 有 効 で あ る 。(3He,t)反
ー ド も禁 止 遷 移 で は な い が 、(P,n)反 応 と 同 様 に
入 射 エ ネ ル ギ ー を選 べ ば 、△S=1、
△T=1励
起 を よ り強 く励 起 で き る 。 ま
た 、 反 応 の 運 動 量 移 行 量 を 選 べ ば 、角 運 動 移 行 量 △L=0のGamow-Teller
状 態 や 、 △L=1のspindipole状
現 在 ま で の と こ ろ 、GTRの
態 の励 起 を選 択 的 に励 起 で き る 。
陽 子 崩 壊 巾 の 測 定 を行 う と い う試 み は 、 オ
ラ ンダ ・
グ ロ ー ニ ン ゲ ン でGaardeeオ
で の208Pb(3He,tp)反
α1,に よ り行 わ れ たE・H,=81MeV
応 の 測 定 が 一 例[36]報
彼 ら の 報 告 に よ る と 、GTRの
告 され てい るのみ で あ る。
陽 子 崩 壊 の 分 岐 比 が ほ ぼ100%と
る 。 一 方 、 同 時 に 測 定 さ れ たIASか
され て い
ら の 陽 子 崩 壊 の 分 岐 比 は ほ ぼ60%で
あ る。
IASか
ら の 中 性 子 崩 壊 は 、 ア イ ソ ス ピ ン選 択 則 か ら強 く禁 止 さ れ て い
る た め[37]、
クー ロ ンカ に よ る ア イ ソス ピ ン対 称 性 の 破 れ の 範 囲 で しか
中性 子 崩 壊 出 来 な い 。 この よ うに 、 中 性 子 崩 壊 へ の 統 計 的 緩 和 が 抑 制 さ
れ て い る こ と が 、 共 鳴 の 全 巾 が232keVと
る 理 由 と い え る 。 一 方 、GTRの
あ り、IASよ
い う非 常 に 狭 い 値 に な っ て い
陽 子 崩 壊 の 分 岐 比 が 全 巾 の ほ ぼ100%で
り も分 岐 比 が 大 き い と言 う こ と は 、 通 常 で は 考 え ら れ な い 。
し か し 、continuum乱
雑 位 相 近 似(RPA)に
よ る 理 論 計 算 に よ る と 、IAS
の 陽 子 崩 壊 巾 は よ く再 現 さ れ て い る が 、GTRの
%か
ら10%程
陽子 崩壊 の分 岐比 は 数
度 と見 積 も ら れ て い る[38,39,40,41,42]。
これ ら の 理 論 予
測 は 、 こ の 実 験 結 果 と大 き く食 い 違 っ て い る 。
実 験 的 に は 、IASは
は200keV程
こ の エ ネ ル ギ ー 領 域 で は 強 く励 起 さ れ 、 しか も 巾
度 と狭 い た めIASか
し 引 き に は 問 題 が な い 。 ま たIASの
らの 陽子 崩 壊 の バ ッ ク グ ラ ウ ン ドの 差
中性 子 崩 壊 巾 も実 験 的 に 測 定 され て
お り[37]、 陽 子 崩 壊 と コ ン シ ス テ ン トな 結 果 で あ る 。 す な わ ち 、 全 巾 は 、
陽 子 崩 壊 巾 と、 中 性 子 崩 壊 巾 との 和 、
r=r丁
十r↓
で 表 され る。
こ れ ら の 実 験 結 果 は3He粒
子 の 入 射 エ ネ ル ギ ー が 核 子 あ た り27MeV/A
で 得 ら れ た も の で あ る 。 こ の エ ネ ル ギ ー 領 域 で は 、GTRが
十 分 励 起 され
る と は 考 え ら れ な い 。 ま た 、反 応 機 構 も複 雑 で あ る と考 え ら れ る 。 数MeV
程 度 の 幅 を持 つGTRか
らの 陽 子 崩 壊 を 、共 鳴 を経 由 し な い(3He,dp)(d,t)
反 応 な ど の 多 段 階 過 程 か ら の 寄 与 に よ る バ ッ ク グ ラ ウ ン ド か ら 差 し引 く
こ と は 困 難 で 、信 頼 す る に 足 る 結 果 と は 言 え な い 。 ま た 、 近 年 ミ シ ガ ン 州
立 大 学 に お い てE・LF100MeV/Aで
の(6Li,6He)反
ら の 陽 子 崩 壊 巾 の 測 定 が 試 み ら れ つ つ あ る[43]。
応 を 用 い たGTRか
こ の 反 応 の特 徴 は 、入
射 粒 子 、 散 舌L粒子 の ス ピ ン 、 パ リ テ ィが そ れ ぞ れ1+と0+な
△T=1の
の で △S=1、
励 起 が 選 択 的 に励 起 さ れ る 点 で あ る。 しか しな が ら 、現 在 の と
こ ろ 散 乱 角 に対 す る 角 度 分 解 能 が 十 分 で な く、 散 乱 角0度
で もspindipole、spinquadrupole共
近傍 で の測 定
鳴 な どの有 限 散 乱 角 で極 大 と な る 巨
大 共 鳴 か らの 寄 与 が 大 き くGTRか
らの 陽 子 崩 壊 巾 を 決 定 す る に い た っ て
いない 。
そ こ で 、 今 回450MeVの(3He,t)反
応 を用 い て 、 低 エ ネ ル ギ ー で の 実
験 結 果 の 検 討 も意 図 し 、 閉 殻 の 核 で 、 か つ 、 実 験 、 理 論 と も多 くの 蓄 積
が あ る208Pbを
タ ー ゲ ッ ト と して 、208BiのGTRか
らの 陽 子 崩 壊 巾 を 測
定 した 。
1.4特
徴
(3He,tp)反
応 を 用 い た 、 本 研 究 の 実 験 的 特 徴 を以 下 に 示 す 。
1.核 子 あ た り150MeV/Aの
入 射 エ ネル ギ ー で は反 応 機 構 が 単 純 で あ る 。
2.非 常 に 少 な い ビ ー ム バ ッ ク グ ラ ウ ン ド で 測 定 で き る 。
3.荷 電 粒 子 を検 出 す る の で 、(p,n)反
ギ ー 分 解 能 測 定 に よ り、207Pbの
4・GTRを
応 測 定 で は得 られ な い 高 エ ネ ル
中 性 子 空 孔 状 態 を分 離 特 定 で き る 。
強 く励 起 で き る エ ネ ル ギ ー 領 域 で 測 定 した 。
5.反 応 断 面 積 が(p,n)反
6.測 定 効 率 が(p,n)反
応 に比 べ て 大 きい 。
応 に比 べ て 非 常 に高 い 。
7.運 動 量 移 行 量 が 最 小 と な り、角 運 動 量 移 行(△L=0)の
に 測 定 で き る 角 度 で あ る0度
な ど で あ る 。(P,n)反
反 応 を選 択 的
で 測 定 した 、
応 は ・GTRを
励 起 す る 入 射 粒 子 と して
、 反 応 機 構1
が 複 合 粒 子 を 用 い る(3He
,t)反 応 に 比 べ 、 よ り単 純 で あ る と予 想 さ れ る 。
しか し・(P・n)反 応 は ・ 原 理 的 に は 測 定 効 率100%で
あ る電 磁 石 ス ペ ク ト
ロ メ ー タ に 比 べ 反応 後 の 中 性 子 が 電 気 的 に 中 性 で あ る た め
6
、測 定効 率 が
大 幅 に 劣 る 。 ま た 、飛 行 時 間 測 定 に よ っ て エ ネ ル ギ ー の 測 定 を 行 う の で 、
エ ネ ル ギ ー 分 解 能 を 上 げ る た め に は 、飛 行 距 離 を 長 くす る 必 要 が あ り、 立
体 角 が 非 常 に 小 さ く な る(例
え ば 、120MeV中
の エ ネ ル ギ ー 分 解 能 を 得 る に は 、 飛 行 距 離100mが
立 体 角 は 、5×10-6sr[44]。
性 子 に 対 して 、150keV
必 要で 、係 数効 率 ×
一 方 、荷 電 粒 子 を 電 磁 石 ス ペ ク ト ロ メ ー タ で
測 定 す る場 合 立 体 角 は 、1.6×10-3sr)。
し て が っ て 、(P,n)反 応 で は 、 崩
壊 粒 子 の 高 分 解 能 同 時 計 測 は ほ と ん ど 不 可 能 で あ る と言 え る 。
7
2実
験
2.1加
速 器
実 験 は 大 阪 大 学 核 物 理 研 究 セ ン タ ー(RCNP)リ
速 器 施 設 で 行 っ た 。 図5に
作 られ た3He++粒
さ れ た 。AVFサ
ン グ サ イ ク ロ ト ロ ン加
加 速 器 施 設 の 全 体 図 を 示 す 。PIGイ
子 は 、 ま ずAVFサ
イ ク ロ トロ ン で90.1MeVま
イ ク ロ トロ ン か ら 引 き 出 さ れ た3He++粒
系 に よ り リ ン グ サ イ ク ロ ト ロ ン に 導 か れ 、 さ ら に450MeVま
測 定 器 の あ るWN実
オ ン源 で
で 加速
子 は ビー ム搬 送
で加 速 さ れ 、
験 室 に 搬 送 さ れ た 。 こ の リ ン グ サ イ ク ロ ト ロ ン加 速
器 の 大 き な特 徴 は 、
・ フ ラ ッ ト ト ップ キ ャ ビ テ ィと呼 ば れ る高 エ ネ ル ギ ー 分 解 能 ビ ー ム を
得 るための装置 、
・ ビ ー ム ハ ロ ー を 少 な くす る た め 、 ビ ー ム 搬 送 系 に 一 切 ス リ ッ ト を 設
置 せ ず に 測 定 装 置 ま で 、 ビ ー ム を 導 く、
で あ る[45]、 こ の 加 速 器 は 本 実 験 の 目 的 の よ う に 高 エ ネ ル ギ ー 分 解 能 、 低
バ ッ ク グ ラ ウ ン ド が 必 要 な 場 合 に適 し た 特 徴 を 有 し て い る 。 タ ー ゲ ッ ト
上 で の ビ ー ム の諸 条 件 を以 下 に示 す。
.ビ
ー ム 強 度:3nA
・ エ ネ ル ギ ー 分 解 能200keV
● ビー ム サ イズ
2.2ス
縦1mm横1mm
ペ ク ト ロ グ ラ フGrand-Raiden
散 乱 さ れ たt粒
子 の エ ネ ル ギ ー は ス ペ ク ト ロ グ ラ フGrand-Raidenで
測 定 した 。 ス ペ ク ト ロ グ ラ フ の 構 造 を 図6に 示 す 。 ス ペ ク ト ロ グ ラ フ の 基
本 性 能 を 表1[46]に
示 す。
これ らの 基 本 性 能 の うち 、特 に本 実 験 で 重 要 な の は運 動 量 分 解 能 及 び
最 大 磁 気 剛 性 で あ る 。450MeVで
の(3He,t)反
応 を本 実験 の よ うな 高 分 解
能 で 測 定 で き る 装 置 は 、 世 界 的 に み て も他 に 類 が な い 。
本 実 験 で の シ ン グ ル(3He,t)の
反 応 の 測 定 で の ス ペ ク トロ グ ラ フ の 設
定は、
8
・ 角 度 設 定:一 α3度(中
・立 体角
●D1、D2磁
縦 土20mr横
心 軌 道)
±20mr
場1,8T
で あ る 。 図6に 示 す よ う に 、 散 乱 角0度 で の(3He,t)反
応 を測 定 す る た め
3Heビ ー ム を 直 接 ス ペ ク ト ロ グ ラ フ 内 に 導 い た
、電 気 的 に絶 縁 され た 銅
ブ ロ ッ ク の ビ ー ム ス ト ッパ ー をD1磁
石 内 に 設 置 し 、 入 射 し た3Heビ
ー
ム を止 め た 。 こ の 銅 ブ ロ ッ ク に ビー ム 荷 電 量 積 算 計 をつ な ぎ 、 入 射 した
ビ ー ム 量 を計 測 し た 、 一 方 、 荷 電 交 換(3He,t)反
応 後 のt粒
子 を、スペ ク
ト ロ グ ラ フ で 運 動 量 を分 析 し 、 焦 点 面 の 粒 子 検 出 器 で 位 置 を検 出 し た 。
ス ペ ク トロ グ ラ フ の 焦 点 面 に は2面
ク シ ン チ ー レ ー タ と 、3面
の5mm厚
の粒 子 識 別 用 プ ラ ス チ ッ
が 一 体 と な っ たMWDCカ
ウ ン タ が2台
さ れ た 。 こ れ ら の 焦 点 面 検 出 器 で 焦 点 面 を 通 過 し たt粒
設置
子 の、位 置 及 び
角 度 を 計 測 し 、t粒 子 の エ ネ ル ギ ー を 決 定 し た 。
散 乱 槽 内 に は 崩 壊 陽 子 の エ ネ ル ギ ー 測 定 用 に 、8つ
出 器(SolidStateDe七ector[Si(Li)])を
は そ れ ぞ れ5rnm、
θ=132。 、157。 に4つ
導体 検
後 方 角 度 に 設 置 し た 、SSDの
有 効 面 積 は400mm2で
厚 さ
あ った 。入 射 ビ ー ム に対 し、
ず つ 水 平 面 に 対 し45。 、135。 、225。 、315。 の 角 度 で
設 置 し た 、 タ ー ゲ ッ トか ら の 距 離 は 前 方 側 が90mm、
で あ る 。8つ
のSSD半
の 立 体 角 を あ わ せ る と4π の3.3%で
後 方 側 が110mm
あ る。
ス ペ ク トロ グ ラ フの 角 度 の 設 定 は 、測 定 バ ッ クグ ラ ウ ン ドが も っ と も
少 な くな る よ う に0。 か らず ら し て 設 定 し た 。 こ の バ ッ ク グ ラ ウ ン ド は ビ ー
ム の ハ ロ ー 成 分 が ビ ー ム ス ト ッパ ー の エ ッジ に よ っ て 散 乱 さ れ る こ と に よ
る と推 定 さ れ る 。 ま た こ の よ う に 若 干0度
3章 で も示 す が0度
か らず ら し て お く こ と に よ り、
と有 限 角 で の 散 乱 を 同 時 に 測 定 す る こ と が で き た 。
立 体 角 は 横 方 向 に 関 して は ス ペ ク ト ロ グ ラ フ の ア ク セ プ タ ン ス が 実
験 的 に 保 証 さ れ て い る 広 さ で あ る 土20mrと
mrと
し 、 縦 方 向 も こ れ と 同 じ土20
した 、 ス ペ ク ト ロ グ ラ フ の 性 能 上 は 縦 方 向 を 最 大 土70mrま
で き る が 、0度
で測 定
散 乱 で は 有 限 角 度 散 乱 の 測 定 の 場 合 と 異 な り、 い ず れ の
方 向 も軸 対 称 な の で 横 方 向 と 同 じ設 定 と し た 。450Mevのt粒
す る た め の 磁 場 強 さ は 約1.8Tで
子 を測 定
あ る。 こ れ は 、 ス ペ ク トロ グ ラ フ の 設
計 値 の 限 界 に相 当 す る 。
3章 で 詳 し く述 べ る が 、 タ ー ゲ ッ ト フ ォ イ ル で の 電 子 捕 獲 反 応 に よ る
3He+が
ス ペ ク トログ ラ フ焦 点 面 の の端 に 同時 に 入 る よ うに
、ス ペ ク トロ
グ ラ フ の 磁 場 を 設 定 し 、3He+とt粒
子 を 測 定 し た 。 こ れ は 、3He+の
エネ
ル ギ_が
ビ ー ム の エ ネ ル ギ ー と 同 じ で あ る こ と を 利 用 し て ・3He+を
ビー
ム エ ネ ル ギ ー の マ ー カ ー と して使 うた め で あ る 。
2.3焦
点 面MWDC
ス ペ ク ト ロ グ ラ フ焦 点 面 に は粒 子 の 飛 程 位 置 を検 出 す るMWDC(Multi
WireDriftChamber)を
設 置 した 。 こ の 検 出 器 の 位 置 情 報 を 組 み 合 わ せ
て 、焦 点 面 で のt粒
子 の 位 置 と入 射 角 度 を 得 た 。MWDCの
示 す 。 こ のMWDCは
、 一 台 で2面
仕 様 を 表2に
の 有 感 面 で 構 成 さ れ て い る 。X面
焦 点 面 に 平 行 で 散 乱 平 面 に 平 行 な 方 向 の 位 置 情 報 が 得 ら れ る 。U面
点 面 に平 行 で 、X方
は焦
向 に た い し て ±56。 の 方 向 に ワ イ ヤ ー が 設 置 さ れ て
お り、 散 乱 平 面 に 垂 直 な 方 向 の 情 報 が 得 ら れ る 。 一 台 のMWDCは
ら2面
は、
か ら な る 。2台 のMWDCを
七粒 子 の 軌 道 方 向 に25cmの
あ け て 設 置 し た 。 焦 点 面 の 位 置 検 出 器 と し てMWDCを
これ
間隔 を
用 い る利 点 は 、
1.比 較 的 簡 単 な ア ル ゴ リ ズ ム で 高 い 位 置 精 度 が 得 ら れ る 。
2.透 過 型 の 位 置 検 出 器 な の で 、2台
のMWDCを
用 い る こ と に よ り同
時 に入 射 角 度 も え られ る。
3.X、U、V面
各 々 で1粒
が あ る の で1本
子 当 た り3本
か ら5本
の ワ イヤ ー に ヒ ッ ト
の ワ イヤ ー が 数 え落 と し を して もそ の 面 単 独 で 位 置
情 報 が 得 られ る。
4.ッ 線 、中 性 子 線 に対 し て は 、1本
の ワ イヤ ー に しか ヒ ッ トが な く、荷
電 粒 子 との 識 別 が 容 易 で 、 バ ッ ク グ ラ ウ ン ド に 強 い 。
こ と で あ る 。 粒 子 の 位 置 の 具 体 的 な 計 算 方 法 に つ い て は 後 の 章3.1で
述
べ る 。本 実 験 の場 合 、透 過 型 検 出器 で あ るた め 、
・ タ ー ゲ ッ ト上 で の ビ ー ム の ス ポ ッ ト を 十 分 小 さ くす る と 、 焦 点 面 で
の 軌 道 を タ ー ゲ ッ ト上 に ト レ ー ス バ ッ ク す る こ とが 出 来 る.こ
れ を
利 用 し て 焦 点 面 で の 粒 子 の 位 置 及 び 角 度 か ら粒 子 の ス ペ ク ト ロ グ ラ
フ へ の 入 射 角 度 を 知 る こ と が で き る 。 こ れ に よ り、t粒 子 の ス ペ ク
ト ロ グ ラ フ に 入 射 す るt粒 子 の う ち 、 超 前 方 散 乱 を 選 択 す る こ と が
出来 る
・ 本 実 験 の よ う に450MeV程
ク ト ロ グ ラ フ のD1、D2電
度 のt粒
子 を測 定 す る た め に は 、 ス ペ
磁 石 はL8Tと
10
常 伝 導 の 限 界 近 くまで 励
磁 す る必 要 が あ る 。 こ の よ う な 場 合 、 磁 石 ヨ ー ク の 飽 和 の 影 響 に よ
り設 計 通 り焦 点 面 で 焦 点 が 結 ば ず 、1次 元 の 情 報 だ け で は 十 分 な エ
ネ ル ギ ー 分 解 能 が 得 ら れ な い(△E=1MeV程
度)。 こ れ を 焦 点 面
で の 粒 子 の 位 置 及 び 角 度 の 情 報 に よ り補 正 し 、 高 分 解 能 が 得 ら れ る
(△E=200keV程
度)よ
う に した 。
こ と な どで あ る 。
2.4SSD(SolidStateDetector[Si(L,i)])
Gamow-Teller巨
大 共 鳴 か らの 陽子 崩 壊 測 定 の た め に散 乱 槽 内 に リチ
ウ ム ド リ フ ト 型Si検
spindipole共
30MeVま
出 器(SSD)を
設 置 し た 。 使 用 したSSDの
厚 さは
鳴 な どの 高 励 起 状 態 か らの 陽 子 崩 壊 も測 定 で き る よ うに 、
で の 陽 子 を 測 定 で き る よ う な 厚 さ(5mm)と
くな る3Heの
した 。前 方 で 大 き
弾 性 散 乱 や 破 砕 反 応 の 混 入 を さけ る た め 、 で きる だ け 後 方
に 置 い た(1320、157。)。
これ らの 散 乱 角 で は 、上 記 の 反 応 の 寄 与 は 陽子
崩 壊 過 程 に 比 べ て 十 分 小 さ く無 視 で き る 。 した が っ て 、 粒 子 識 別 の た め
の △Eカ
ウ ン タ ー や 、SSDを
突 き抜 け る エ ネ ル ギ ー の 高 い 粒 子 を 抑 止 す
る た め の カ ウ ン タ ー な どは不 必 要 で あ っ た 、
SSDの
ホ ル ダ ー の 概 念 図 を 図7に
示 す 。 ホ ル ダ ー は2mm厚
び 冷 媒 用 の パ イプ か ら な る 。 ホ ル ダ ー の パ イ プ に はSSDの
の銅 板 及
熱 雑 音 を低 減
しエ ネ ル ギ ー 分 解 能 を 向 上 させ る た め 、散 乱 槽 外 部 の 冷 却 層 か ら電 動 ポ
ン プ を 用 い て 冷 媒 を循 環 さ せ た 。 熱 電 対 に よ りSSDの
温 度 と散 乱 層 と の
温 度 差 を 測 定 し 、 冷 却 の 効 果 を モ ニ タ ー した 。 ま た こ の 熱 電 対 は 、 散 乱
槽 を 真 空 か ら大 気 圧 に 戻 す 際 にSSD表
面 に結 露 が 起 こ ら な い 温 度 に戻 す
際 の 温 度 モ ニ ター と もな った 、
タ ー ゲ ッ ト にSSDを
近 づ け る と 立 体 角 が 大 き くな る の で 計 数 効 率 を
あ げ る こ とが で き る 。 し か し 、 一 般 にSSDは
間 当 た り の 計 数 率 が1個
あ た り10kcps程
高 計 数 率 に 弱 い と され 、時
度 を越 え る と極 端 に寿 命 が 短
くな る と さ れ て い る 。 また 計 数 率 が 高 くな る と ス ペ ク トロ グ ラ フ
チ ャ ン ス コ イ ン シ デ ン ス が 多 くな りS/N比
との
が 悪 く な る 。 従 っ て 、SSDと
ター ゲ ッ トの距 離 を最 適 化 す る必 要 が あ る。
中 性 子 、 ッ 線 等 に よ る タ ー ゲ ッ トに 起 因 す る バ ッ ク グ ラ ウ ン ド の 量 は
ビ ー ム 量 に 比 例 し、 距 離 の 自乗 に 反 比 例 す る 。 そ こ で 、 こ れ ら の バ ッ ク グ
ラ ウ ン ド を テ ス ト実 験 で 算 定 し 、SSDと
ター ゲ ッ トの 距 離 を 決 め た。 一
方 ビー ム ハ ロー の よ うな ビ ー ム の 質 に依 存 す る バ ッ ク グ ラ ウ ン ド は 、必
11
ず し も実 験 ご と に 一 定 で は な い 。 こ の よ う な バ ッ ク グ ラ ウ ン ド に 対 応 す
る た め 、SSDホ
ル ダ ー と ター ゲ ッ トとの 距 離 を調 節 で き る よ う に した 。
こ の よ う に し て 、係 数 率 が 一 個 のSSDあ
た り5kcps以
下 に な る よ うに調
整 した 。
散 乱 槽 内 の 電 気 的 雑 音 を 防 ぐ た め 、 ポ リ エ チ レ ン フ ィ ル ム に よ りホ ル
ダ ー とSSDを
電 気 的 に 絶 縁 し た 。SSDの
立 体 角 は ホ ル ダ ー の 幾 何 的形 状
よ り求 め 、α線 の 収 率 と も 比 較 した 。 常 温 で のAmか
に よ る テ ス トで は ほ ぼ 仕 様 通 り約60keVの
た 冷 却 時 に は 約40keVと
200keVに
エ ネ ル ギ ー 分 解 能 を得 た 。 ま
な った 。 タ ーゲ ッ トに ビー ム を照 射 す る と、 約
分 解 能 が 低 下 し た 。分 解 能 劣 化 の 原 因 は ビ ー ム に 起 因 す る 電 子 、
ガ ン マ 線 にSSDが
2.5測
ら の α 線(5.4MeV)
さ ら さ れ る た め に 生 じ る ノ イ ズ で あ る と考 え ら れ る 。
定 回路 系
検 出 器 信 号(ト
お よ びCAMAC規
リガ ー)及 び 位 置 検 出 器 の 情 報 の 取 り込 み はNIM規
格
格 の 回 路 系 を用 い た 。 次 に 示 す 条 件 で イ ベ ン トの 取 り
込 み をお こなった。
・ ス ペ ク ト ロ グ ラ フ の 焦 点 面 検 出 器 でt粒
子 が 検 出 さ れ る 。(シ ン グ
ル イ ベ ン ト)
・ 上 記 の 条 件 を満 た し 、同 時 に散 乱 槽 内 のSSDが
粒 子 を 検 出 す る 。(コ
イ ン シ デ ン ス イ ベ ン ト)
と した 。
ス ペ ク ト ロ グ ラ フ 焦 点 面 カ ウ ン タ ー 回 路 系 の 模 式 図 を 図8に
示 す。 シ
ン グ ル イ ベ ン トの ト リ ガ ー は 、 は ス ペ ク ト ロ グ ラ フ 焦 点 面 に あ る2面
シ ン チ レ ー タ の 両 端 の 光 電 子 増 倍 管(PMT)す
条 件 と し た(eVentreqUeSt)。
の
べ て に パ ル スが あ る こ と を
こ の イ ベ ン ト ト リ ガ ー の う ち 、 デ ー タ 取 り込
み に よ る 不 感 時 間 中 に 起 こ っ た イ ベ ン トは 破 棄 し 、 残 り の 有 感 時 間 に 起
こ っ た イ ベ ン ト ト リ ガ ー を 計 算 機 に 対 す る デ ー タ 取 り込 み ト リ ガ ー(event
accept)と
した 。 こ の ト リガ ー を条 件 に 粒 子 識 別 用 プ ラ ス チ ッ ク シ ンチ レー
タ のADC(AnalogtoDigitalconverter)の
ゲ ー ト信 号(200nsec幅)
子 の 飛 行 時 間 測 定 用 タ イ ミ ン グ 用TDC(TilnetoDigitalconverter)の
タ ー ト信 号(CommonStopmode)、
時 間 測 定 用 のTDCの
SSDの
及 びMWDCカ
示 す 。SSD用
つ くっ た 。
の 、 プ リア ン プ は エ ネ ル ギ ー 分 解
能 を 低 下 さ せ る 発 振 を 防 ぐ た め に 極 力SSDの
12
ス
ウ ン ター の ド リフ ト
ス ト ッ プ 信 号(CommonStartmode)を
回 路 系 を 図8に
、t粒
近 く に お い た.プ
リア ンプ
以 外 の のSSD用
の 回 路 は 、 実 験 室 か ら 約100m離
れ た実験 室 地 下 の共
同 構 に お い た 、 これ は 、 ビー ム 照 射 中 で も回路 系 の 調 整 が 出 来 る よ っに
す る た め で あ る 。SSDに
崩 壊 陽 子 の検 出が あ っ た こ と を示 す ロ ジ ッ ク信
号 は フ ァ ス トア ンプ と コ ン ス タ ン ト フ ラ ク シ ョ ン デ ィ ス ク リ ミ ネ ー タ ー
の 出 力 を 用 い た 。 陽 子 の エ ネ ル ギ ー の 閾 値 は12Nの
崩壊 による陽子 が測定
出 来 る よ う に500keVと
し た 。 こ の 信 号 を タ イ ミ ン グ 用TDCの
プ 信 号 と した 。 ま た8つ
のSSDの
ロ ジ ッ ク信 号 のOR信
ス トッ
号で スペク ト
ロ グ ラ フ との コ イ ン シデ ンス を とる た め の ト リガ ー と した 。 ア ナ ログ 信
号 は ス ペ ク トロス コ ピ ッ クア ンプ ・
デ ィ レイ ア ンプ ア ッテ ネ ー タ を介 して
ピ ー ク 電 圧 感 応 型 のADCに
2.6コ
入 力 した 。
イ ン シデ ン ス
ス ペ ク ト ロ グ ラ フ 焦 点 面 カ ウ ン タ ー の ト リ ガ ー とSSDの
ト リガ ー の 信
号 の コ イ ン シデ ンス と ス ペ ク トロ グ ラ フ シ ング ル の ト リガ ー の扱 い につ
い て 述 べ る 。 実 験 室 で つ く ら れ た ス ペ ク ト ロ グ ラ フ シ ング ル ト リ ガ ー 信
号 は い っ た ん 地 下 共 同 構 に 送 り、 地 下 に 置 い たSSD回
路 か らの ト リガ ー
と コ イ ン シデ ンス を とっ た 。 コ イ ンス デ ンス した ス ペ ク トログ ラ フ ト リ
ガ ー は 実 験 室 に 再 度 送 り計 算 機 の デ ー タ 取 り込 み の ト リ ガ ー と した 。 一 方
コ イ ン シ デ ン ス し な か っ た ス ペ ク トロ グ ラ フ ト リ ガ ー の う ち 、1/η は サ
ン プ ル の た め の シ ン グ ル ス イ ベ ン ト と して デ ー タ取 り込 み を お こ な っ た 。
残 りの1-1/η
は 破 棄 した 。nは
、1か
ら1000ま
で の任 意 の値 を選 べ る
用 に 設 計 した 。計 算 機 の 取 り込 み の 不 感 時 間 が 大 き く な り過 ぎ な い(20%
以 下)範
囲 で 、 シ ン グ ル イ ベ ン ト も最 大 限 取 り込 む よ う に し た 。 こ れ は 、
3章 で 示 す よ う に 、 ビ ー ム エ ネ ル ギ ー の 較 正 を 行 う 際 に 必 要 で あ っ た 、
ビ ー ム 強 度 はSSDの
を5kcps程
計 数 率 で 制 限 さ れ て い た 。 個 々 のSSDの
度 に 制 限 す る た め に は 、 ビ ー ム 強 度 は2nAか
る必 要 が あ っ た 。 こ の と きの(3He,t)シ
は400cps程
ら2/3の
計数 率
ら3nAに
す
ング ル の スペ ク トル測 定 ト リガ ー
度 で 、 不 感 時 間 を 上 記 の20%程
度 に 押 さ え る た め に1/2か
シ ン グ ル イ ベ ン ト を破 棄 し た 。 こ の 条 件 で は コ イ ン シ デ ン ス の
ト リ ガ ー は1cps以
下 で 、 不 感 時 間 に は ほ と ん ど影 響 は な か っ た 。
ス ペ ク トロ グ ラ フ とSSDの
コ イ ン シ デ ン ス の ゲ ー ト幅 は 、 チ ャ ン ス
コ イ ン シ デ ン ス を評 価 す る た め 、 ビ ー ム の バ ンチ が4個
入 る 幅(500nsec)
と した 。 こ れ は 、 ビー ム の バ ンチ に 周 期 的 な構 造 が な い か ど うか を確 認
す る た め で あ る 。 ま た 、 チ ャ ン ス コ イ ン の イ ベ ン トは 、 測 定 器 の バ ッ ク
グ ラ ウ ン ド の 差 し引 き に 用 い た 。
13
図9にt粒
子 と陽 子 の タ イ ミ ング の ス ペ ク トル を示 す 。 中 央 の 目 だ っ
た ピ ー クが プ ロ ン プ ト の コ イ ン シ デ ン ス イ ベ ン トで 、 回 りの 小 さ な ピ ー
クが チ ャ ンス コ イ ン シデ ンス に よ るバ ッ ク グ ラ ウ ン ド で あ る 。 こ の よ う
なバ ックグ ラ ン ドの プ ロ ンプ トの コ イ ン シデ ンス イベ ン トに対 す る 比 は
約1/4程
度 で 、208Pbの
低 励 起 の 終 状 態 に ゲ ー ト を か け る と 、1/11程
度
に改 善 した 。す べ て の コ イ ンシ デ ンス の ス ペ ク トル は タ イ ミ ング の ス ペ
ク トル の プ ロ ン プ トの コ イ ン シ デ ン ス イベ ン ト に ゲ ー ト を か け て 作 っ た
ス ペ ク トル か ら 、チ ャ ンス コ イ ン シデ ンス の イベ ン トにゲ ー ト をか け て
作 っ た ス ペ ク トル を 差 し引 い て 作 っ た 。 こ の よ う な バ ッ ク グ ラ ウ ン ド の
差 し引 き に よ り生 じ る 誤 差 は 、 全 体 の 統 計 誤 差 の5%以
コ イ ン シ デ ン ス の タ イ ミ ング 及 びSSD用
内で あ った 。
回 路 の 調 整 に は 、12C(3He,tp)11C
反 応 を用 い た 、 そ の 理 由 は 、
1.12C(3He,tp)11C反
応 で は 、 高 い 分 岐 比 で11Cの
基 底 状 態(3/2-)へ
陽
子 崩 壊 す る の で 、 コ イ ン シデ ンス の 収 量 が 多 い 。
2,11C原
子 核 の 陽 子 空 孔 状 態 の レ ベ ル 間 隔 が 広 く、(3He,七p)反
応 の測
定 エ ネル ギ ー分 解 能 の 確 認 が 出来 る。
3.12C(3He,tp)11C、13C(3He,tp)12C反
C=OMeVか
な どで あ る。
応 を 測 定 す る と 、 広 い 領 域 で(
らG=20MeV)t粒
子 の エ ネルギー校正 が で きる。
図12に12C(3He,tp)11C反
応 測 定 の 結 果 得 られ た 陽 子 崩 壊
の ス ペ ク トル を示 す 。
2.7デ
ー タ収 集 系
CAMAC規
格 の 回路 系 か ら の デ ー タ の 取 り込 み に はLos-Alamosで
開発
され たQ-Systemを
用 い た 。本 実 験 で 使 用 さ れ た デ ー タ 収 集 系 は 、CAMAC
ク レ ー ト コ ン ト ロ ー ラ 、 ト リ ガ ー モ ジ ュ ー ル 、MBDII、VAX4000で
構成
さ れ て い る 。 ス ペ ク ト ロ グ ラ フ 焦 点 面 検 出 器 に 関 す るCAMACモ
ル は 実 験 室 内 の ス ペ ク ト ロ グ ラ フ 台 車 上 に 置 き 、SSD用
のCAMACモ
ジ ュ ー ル は 地 下 共 同 溝 に 置 い た 。 こ れ ら の 回 路 を 納 め た2つ
をVAX、MBD11か
ジ ュー
の ク レー ト
ら の ば した ブ ラ ンチ ケ ー ブ ル で デ イ ジ ー チ ェ イ ン に
結 び 、 デ ー タ を 読 み 出 し た.
14
3デ
ー タ解 析
オ フ ラ イ ン の デ ー タ 処 理 に はRCNPの
crosystemsSPARC2)及
はQ-Systemの
計 算 機 施 設 のSS4/2(SunMi-
びDECVAX4000を
用 い た 。VAXで
オ フ ラ イ ン 解 析 用 の ラ イ ブ ラ リ を 用 い た 。Sunで
の解析 に
タ 処 理 に はCERNLibrary[48]の
こ れ にQ-Systemの
ヒ ス ト グ ラ ム ラ イ ブ ラ リPAWを
のデ ー
用 い ・
デ ー タ フ ォ ー マ ッ ト を 読 み 込 む ル ー チ ン と ・ ゲ ー ト・
解 析 パ ラ メ ー タ等 を読 み 込 む ル ー チ ン を書 き加 え た 。
オ ン ラ イ ンの デ ー タ か ら 、 最 終 的 な ヒ ス ト グ ラ ム を 得 る 処 理 ル ー チ ン
はVAXとSunの
シ ス テ ム で の 移 植 性 を重 視 して 、 同 じ ソ ー ス コ ー ド を
用 い る こ と が で き る よ う に し た 。 ま た 後 に 述 べ る よ う に208Pb(3He,t)208Bi
反 応 に よ るGamow-Teller巨
大 共 鳴(GTR)とisobaricanalog状
の ピ ー ク フ ィッ ト に よ る 分 離 に はCERNLibraryの
NUIT)[48]を
態(IAS)
フ ィッ ト ル ー チ ン(MI-
用 いた。
3.1MWDCの
位 置情 報
本 実 験 で 必 要 と さ れ る 焦 点 面 検 出 器 の 位 置 精 度 は 単 純 に 考 え る と 、100
keVの
エ ネ ル ギ ー 分 解 能 を 得 る に は 、450MeVのt粒
子 に 対 して3mm
程 度 の 位 置 分 解 能 で 十 分 で あ る 。 しか し な が ら 、 後 に 述 べ る よ う に 焦 点
面 で の粒 子 の 入 射 角 度 の 情 報 を用 い て 、 エ ネ ル ギ ー 分 解 能 の改 善 を行 お
う とす る と 、2mr程
隔 が25cmだ
度 の 角 度 分 解 能 が 必 要 と な る 、2面
か ら 、0.5mmの
のMWDCの
間
位 置 精 度 が 必 要 と な る 。 こ こ で はMWDC
か ら 得 ら れ る 情 報 か ら ど の よ う に し て 位 置 情 報 を得 た か に つ い て 述 べ る 。
MWDCの
内 部 構 造 の 概 念 図 を 図10に
示 す 。 ド リ フ ト空 間 の 電 場 が 一
定 で 電 子 の ド リ フ ト速 度 が 一 定 で あ る と す れ ば 、プ ラ ス チ ッ ク シ ン チ レ ー
タ を 荷 電 粒 子 が 通 過 した 時 間 とMWDCカ
ソー ドに 電 荷 が 到 達 した 時 間
の差 丁 を計 測 す れ ば荷 電 粒 子 の 通 過 した位 置 が わ か る 。電 子 の ド リフ ト
速 度 は50μm/ns程
度 で あ る か ら 、10mmの
ソ ー ド に 到 達 す る に は 約200nsの
典 型 的 なMWDCの
ド リ フ ト空 間 で は 電 子 が カ
時 間 を要 す る 。
ド リ フ ト時 間 の ス ペ ク ト ル の 模 式 図 を 図11に
す 。 図 中 の 平 坦 な 部 分(Aか
らB)は
図10で
示
の ド リ フ ト領 域 を 荷 電 粒 子 が
通 過 し た 場 合 に 相 当 し 、 こ の 部 分 で は 電 離 さ れ た 電 子 は 電 場 か ら受 け る
力 と ガ ス との 衝 突 に よ る抵 抗 が 平 衡 に 達 す る 。電 子 が 一 定 速 度 で ア ノ ー
ド ワ イヤ に 向 か っ て 移 動 して い る た め ス ペ ク トル は 平 坦 と な る 。 右 側 の
ピ ー ク(Bか
らC)は
ア ノー ド ワ イヤ 近 傍 を荷 電 粒 子 通 過 した場 合 に 相 当
15
し、 ア ノ ー ド ワ イヤ 近 傍 の 強 い 電場 の影 響 で 電 子 が 増 幅 され る と と もに
加 速 さ れ る た め 、鋭 い ピ ー ク と な る 。 ア ノ ー ド ワ イヤ ー か ら の 距 離rで
の
電 子 の 速 度 を η(の とす る と 、 ア ノ ー ド か ら の 距 離Eを
通 過 した荷 電 粒 子
に よ り電 離 さ れ た 電 子 が ア ノ ー ド に 到 達 す る 時 間rは
、
E一
ズ
(2)
・(・)砒
と か け る 。 こ こ で 、 ド リ フ ト速 度 が 一 定 の 領 域 、 す な わ ちT>Toを
す と き 、 りがTに
よ ら ず 一 定 で η(r)=η0と
満 た
か け る と し て 、 オ0をro=r(オ0)
を 満 た す オ とす る と 、
E-・
と か け 、E>roを
次 に 、図10か
(3)
・(T一 孟o)+蒼(・)読
満 た せ ば 、Eが7の1次
式 で か け る こ とが わ か る 。
ら式3の 定 数 項 が 決 ま る こ と を 示 す 。荷 電 粒 子 がMWDC
の あ る セ ル の 間 五 に一 様 か つ ラ ンダ ム にN個
入 射 した とす る と 、区 間 虞,R+
△珂 を 通 過 す る 粒 子 の 数 は 、
△N/ノV=△E/五
と な る 。 式(2)か
ら △ 丑=η(R)△Tな
△1V/N
の で 、 こ れ を代 入 す る と 、
η㈹
=
△7
五
と な り 、 図11の
各 チ ャ ネ ル(△T)の
こ と が わ か る 。T<roの
カ ウ ン ト 数(△N)はu。
領 域 の カ ウ ン ト 総 数 をNoと
に比 例 す る
し て こ の 式 を 式3に
代 入 す る と、
E-・
・(T一 オo)+紅
=Uo(7「
一 オo)十
㌔N
五No
N(4)
と な り ・ オo・No/Nを
の と きrを
い た め 、Rの
図11か
ら 決 め れ ば 、Eが
求 め ら れ る 。 一 方r〈r。
求 め る に は η(r)を 求 め る 必 要 が あ り 、 か つ 電 子 の 速 度 が 大 き
位 置 精 度 はr>roの
時 に 比 べ て 悪 くな る 。
得 られ た 時 間 情 報 に 含 ま れ る 誤 差 と し て 以 下 の も の が 考 え ら れ る 。
!.プ
ラ ス チ ッ ク シ ン チ レ ー タ の ス タ ー ト信 号 の 時 間 的 ば ら つ き
!6
。
2.ド
リ フ ト空 間 中 で の 電 子 の 分 布 の ば ら つ き 。
3.カ
ソ ー ド信 号 の 時 間 的 ば ら つ き 。
4.TDCの
ゲ イ ン 、 オ フ セ ッ トの チ ャ ネ ル 間 の ば ら つ き 。
5.MWDCア
ノー ド ワ イヤ 等 の 位 置 の ば らつ き。
こ れ ら の う ち1.は
×10mmD)を
プ ラ ス チ ッ ク シ ン チ レ ー タ(12001nmW×501nmH
焦 点 面 の 左 右 両 端 か ら 読 み 出 し 、 ミー ン タ イ マ 回 路 で 時 間
平 均 を 取 る こ と に よ りlns程
て はMWDCア
度 の 時 間 分 解 能 が 得 ら れ る 。2.、3に
つい
ノ ー ド 信 号 用 の デ ィス ク リ ミ ネ ー タ が リ ー デ ィ ン グ エ ッ
ジ 型 な の で 、 デ ィス ク リ ミ ネ ー タ 出 力 信 号 の タ イ ミ ン グ は 入 力 波 高 に 依
存 す る 。 こ れ に よ る 時 間 の ば らつ き は 最 大10ns程
は ド リ フ ト距 離 の 誤 差 に す る と0.5mm程
後 に 述 べ る よ う に 、MWDCで
は1荷
度 で あ り、 こ の誤 差
度 とな る 。 しか し こ の 誤 差 は
電 粒 子 あ た り複 数 本 の ヒ ッ トが あ
る た め 、 こ の 特 徴 を利 用 す れ ば 、 位 置 精 度 を改 善 す る こ と が 可 能 で あ る 。
次 に4.に
つ い て は 、 本 実 験 で 用 い たTDCシ
ス テ ム はautotrimと
呼 ば
れ る 全 チ ャ ネ ル 相 互 の ゲ イ ン 、 オ フ セ ッ ト を調 整 す る 機 能 を 有 し て い る の
で 、 時 間 情 報 に ば ら つ き は な い 。5.に 関 し て は特 に 補 正 を 行 っ て い な い 。
正 しい トラ ッ ク の 選 別
MWDCは
ア ノ ー ド面 に 対 す る 荷 電 粒 子 の 入 射 を 角 度45度
こ の 設 定 で は 、X面
が2×10mmな
で は ワ イ ヤ ー の 間 隔 は6mmに
に 設 定 した 。
対 し ド リ フ ト空 間
の で ヒ ッ トの あ る ア ノ ー ド ワ イ ヤ ー の 数 は 平 均 し て1つ
の 荷 電 粒 子 の ト ラ ッ ク あ た り3.3本
とな る 。 こ れ らの連 続 した ヒ ッ トを ク
ラ ス タ ー と呼 ぶ 。 正 しい トラ ッ ク の選 別 に は 、
1.ク
ラ ス タ ー の 構 成 数 が3以
上。
2.ク
ラ ス タ ーが た だ 一 つ しか な い 。
3.ク
ラ ス タ ー を構 成 す る 各 々 の ワ イ ヤ の 時 間 情 報 が も っ と も ら し い 。
と い う 条 件 を 科 した 。
条 件(1)を
満 た さ な い イ ベ ン ト と して 考 え ら れ る の は 、
・3本 の ヒ ッ トが 期 待 さ れ る ト ラ ッ ク に も か か わ らず 、 ク ラ ス タ ー を 構
成 す る3つ
・ 中 性 子 や7線
の ヒ ッ トの う ち 端 の ヒ ッ ト を 数 え 落 と し を し た 場 合 。
な ど の バ ッ クグ ラ ウ ン ド を受 け 付 け て し ま っ た場 合 。
17
前 者 の 場 合 は 、1本 の ワ イヤ の 検 出 効 率 は99.3%程
と が 起 こ る 確 率 は 、1-(0.993)3=2.1%程
度 な の で こ の よ うな こ
度 で あ る 。後 者 の場 合 ・原 因 とな
る バ ッ ク グ ラ ウ ン ド は ス ペ ク ト ロ グ ラ フ を 通 過 して く る も の よ り も 、 ビ ー
ム ト ラ ン ス ポ ー ト系 等 か ら く る ル ー ム バ ッ ク グ ラ ウ ン ド が 主 で あ る 。 こ
の よ う な ル ー ム バ ッ ク グ ラ ウ ン ド に よ る 影 響 はGrandRaidenの
よ うな
ス ペ ク ト ロ グ ラ フ 場 合 非 常 に小 さ い 。
GrandRaidenは
横 方 向 だ け で な く縦 方 向 も 焦 点 面 で 収 束 す る よ う に
設 計 さ れ て お り、焦 点 面 検 出 器 の 有 感 領 域 の 大 き さ を小 さ く[表2]で
きる
た め 、 中 性 子 や ッ線 の よ う な 検 出 効 率 が 検 出 器 の 物 質 量 に 比 例 す る よ う な
バ ッ ク グ ラ ウ ン ド の 影 響 を受 け に くい か ら で あ る 。 ま た 、 有 感 領 域 が 小
さ い 場 合 、 鉛 シ ー ル ド等 に よ る バ ッ ク グ ラ ウ ン ド の 遮 蔽 も容 易 に で き る 。
荷 電 粒 子 が 最 も近 く を 通 過 し た ワ イ ヤ を ゼ番 目 と す る と...ト2,ト
1,ゴ4+1,狂2...の
ク ラ ス タ ー に対 し
男,箸+1,Z+2_及
び 男,Z_1,Z_2...
には、
Z<男+、<Z+2_
Z<Z-1〈
男_2.。.
の 関 係 が 成 り立 つ 。 本 実 験 で は 、 こ の よ う な 条 件 を 満 た す ク ラ ス タ ー の
み を 正 しい ト ラ ッ ク とす る と い う条 件 を 科 し た 。 こ の 条 件 に そ ぐ わ な い
イ ベ ン トの 数 は 全 体 の 約6%で
MWDCに
あ った 。
よ る 位 置 の 求 め 方(ヒ
1ト ラ ッ ク の 荷 電 粒 子 がMWDCを
ッ ト が3本
の 場 合)
通 過 す る と き 、1面
あ た り3本
の ヒッ
トが あ る イ ベ ン ト は 、 荷 電 粒 子 の ト ラ ッ ク の 内 約30%か
ら40%で
あっ
た 。3本 の ヒ ッ ト し た ワ イ ヤ の 番 号 を を ぎ一1,却+1と
す る と 、 図10か
わ か る よ う に ワ イヤ と トラ ッ ク の 距 離Rに
は 、瓦 一1>凡,凡+1>瓦
り立 ち 、 した が っ てZ_1>Z,Z+1>Zが
成 り立 つ 。NoがNo/N>1/3
を 満 た し て い れ ば 、Z+1>%,Z
-1>乃
用 い てE、-1,丑1+1を
を 通 過 し た 位 置 とz番
示
度 で あ り、 こ の 条 件
が 成 り立 っ て い る こ とが わ か る 。 こ の よ う な 場 合 乞一 垣+1に
式(4)を
が成
が 成 り立 つ 。 実 際 、 図llに
す ピ ー ク の 部 分 の 面 積 が 平 坦 な 部 分 の 面 積 の1/5程
ら
関 して は 、
表 せ る 。 荷 電 粒 子 の トラ ッ クが ア ノ ー ド面
目 の ワ イ ヤ と の 距 離Xを
得 る に は 、男 の 情 報 を使
用 せ ず 、 こ の 凡 一1,丑1+1か ら
=五
丑 、_1一
凡+1x
瓦_1十
凡+1
18
(5)
と し て 求 め た 。 ま た 、 ト ラ ッ ク の ア ノー ド面 に 対 す る 角 度
θは 、
2ゐ
tanθ=
丑
z_1十
瓦_1
と表 せ る。
MWDCに
よ る 位 置 の 求 め 方(ヒ
トラ ッ ク の ヒ ッ トが4本
ッ トが4本
の 場 合)
の 場 合 、3本 の 場 合 と 同 様 の 条 件 で 正 し い ト ラ ッ
ク を 識 別 した 、 あ る ク ラ ス タ カ㍉1番 目 か ら あ 番 目 の ま で の ワ イ ヤ の ヒ ッ
トで 、2番 目 の ワ イ ヤ でzが
最 小 と な る と し、 トラ ッ クが ア ノ ー ド面 上
で 乞番 目 の ワ イ ヤ か ら の 距 離Xを
角 度tanθ=α
で 通 過 した とす る と 、
凡+フ は 、
瓦+ゴ=α(μ
一X)ゴ>0(6)
1ヒz+3ニ ーα(ゴ
五 一X)ゴ<0(7)
と か け る 。 こ こ で2式
に 分 か れ て い る の はEが
あ る 。 こ れ ら の(瓦+3,μ)が
直 線 上 に あ る と し て 、 誤 差 関 数x2
ユ
X2=Σ{-E・+ゴ
絶 対 値 で 得 られ る た め で
ビ ゼ
ー(α μ+x)}2+Σ{E、+ゴ
ー(・ ゴ五+X)}2(8)
ゴニ`1一 乞2=1
と し て 、 定 義 で き る 。 パ ラ メ ー タ α お よ び 、zは
、
璽_o
(9)
∂α
璽_o
(10)
∂x
を 満 た す α 及 びXを
最 小 自 乗 法 で 求 め た 。 一 方 式(4)の
五NoO
ニUoオo十
N
を 未 知 数 と して 、
璽
一〇
∂o
か らCを
求 め る こ と も で き る 。 い ず れ に し て も ト ラ ッ ク が も っ と も近 く
を を 通 っ た ワ イ ヤ のR、 の 情 報 は 誤 差 が 大 き く な る と 考 え られ る の で 、位
置 の 決 定 を行 う際 に は用 い て い な い 。
19
3.2ス
ペ ク ト ログ ラ フ の エ ネ ル ギ ー 校 正
励 起 エ ネ ル ギ ー校 正
本 実 験 で は す べ て の 実 験 を 通 じて 、 ス ペ ク ト ロ グ ラ フ の 磁 場 設 定 を 一 切
変 更 せ ず に測 定 を行 っ た 、磁 石 の発 生 磁 場 分 布 の 影 響 を極 力 小 さ くよ う
に す る た め で あ る 。 ス ペ ク ト ロ グ ラ フ のD1、D2磁
核 磁 気 共 鳴 磁 場 測 定 装 置(NMR)で
を 通 じ て1.8(±3×10-5)T程
石 の磁 場 の安 定 度 は ・
の 測 定 に よ る と 、実 験 に要 した 時 間
度 の 安 定 度 で あ った 。
励 起 エ ネ ル ギ ー 校 正 に は 、12C(3He,t)反
応 及 び13C(3He,t)反
ゲ ッ トで の ビ ー ム の ア ト ミ ッ ク な 電 子 捕 獲 反 応 に よ る3He+を
は 用 い た タ ー ゲ ッ ト に 自然 な 炭 素 の 同 位 体 存 在 比1.11%で
の で 、 こ れ を利 用 し た 。12C(3He,t)反
応 はQ値
応及 び ター
用 い た 。13C
含 まれて い る
が 一17.355Mevと
非常 に
深 く、 一 方13C(3He,t)反
応 はQ値
が 一2。239MeVと
比 較 的浅 い。 この二
つ の 反 応 ス ペ ク ト ル を 測 定 す る こ と に よ り、広 い エ ネ ル ギ ー 領 域 で 、 同 時
に エ ネ ル ギ ー 点 の 校 正 が 可 能 と な っ た 。 こ れ ら の ピ ー ク を 用 い て 七粒 子 の
エ ネ ル ギ ー と焦 点 面 で の 位 置 と の 関 係 を 求 め た 、 しか し 、Grand-Raiden
で は450MeVのt粒
子 に 対 し約40MeVの
エ ネ ル ギ ー範 囲 を一 度 に 測
定 で き る が 、 励 起 エ ネ ル ギ ー が20MeV以
上 の領 域 に は磁 場 設 定 を変 化
さ せ な い 限 り、 ど の よ う な タ ー ゲ ッ ト を 用 い て も エ ネ ル ギ ー 校 正 に 利 用
で き る よ う な デ ィ ス ク リ ー ト な励 起 準 位 は 存 在 し な い の で 、 上 記 の よ う
な 反 応 で は430MeV以
下 のt粒
子 の エ ネ ル ギ ー校 正 を行 う こ と が で き
ない 。
そ こで 間接 的 で は あ る が 、 コ イ ン シデ ンス の 陽 子 を用 い た方 法 で 補 正
を 行 っ た 。 図12に
示 す よ う に 、t粒 子 と崩 壊 陽 子 の コ イ ン シ デ ン ス を と
る と ・t粒 子 の エ ネ ル ギ ーEオ と 、 陽 子 の エ ネ ル ギ ーEpの
差 、
Eτ=E3H,一(E`十Ep)
は 、終 状 態 の 励 起 エ ネ ル ギ ー に相 当 し、 こ れ が 一 定 とな る よ う な 直 線 上
にEt、Epが
分 布 す る 。 こ こ でEpを
測 定 す るSSD及
びそ の回路 系 の直
線 性 が 十 分 に よ い と 仮 定 して 、 上 記 の 関 係 式 か ら 、 測 定 し たEオ の 直 線 性
を推 定 で き る。
ビ ー ム エ ネ ル ギ ー 変 化 の校 正
約2週
間 の 測 定 に お い て 、3Heビ
ー ム の エ ネ ル ギ ー は加 速 器 の加 速 エ ネ
ル ギ ー の 変 化 に よ り入 射 エ ネ ル ギ ー450MeVに
た い して 数MeV程
度の
変 動 が み と め られ た 。 一 方 ビ ー ム の エ ネ ル ギ ー 分 解 能 は 、 ほ ぼ 測 定 時 間
を 通 じて 一 定 で200keVか
ら350keVで
20
あ っ た 。 図14に3He++の
入射 工
ネ ル ギ ー の 時 間 変 化 の 図 を示 す 。数 分 程 度 の 周 期 で の エ ネ ル ギ ー 変 動 と 、
数 時 間 に わ た る な だ らか な変 化 が 混 在 す る こ とが わ か る。 本 実 験 の 場 合
ビー ム の エ ネ ル ギ ー 分 解 能 は 、 終 状 態 の 中性 子 空 孔 状 態 を分 離 す る た め
に 決 定 的 に 重 要 で あ る 。 ビ ー ム の 絶 対 エ ネ ル ギ ー に 関 して は 、 入 射 ビ ー
ム の 絶 対 エ ネ ル ギ ー の 数MeV程
度 の 変 化 に対 して 反 応 機 構 が 一 定 で あ
る の で 、t粒 子 の エ ネ ル ギ ー ス ペ ク トル の 時 間 変 動 を 補 正 し て 、Q値
ペ ク トル を 得 た 。3Heビ
のス
ー ム の 電 子 捕 獲 反 応(3He+++12C→He+12C+
)を 用 い て 、 以 下 の よ う な補 正 を 行 っ た 。
1.(3He+++12C→He+ユ2C+)反
応 の イ ベ ン ト を(3He,t)反
ン ト と 同 時 にGrand-Raidenn焦
応 の イベ
点 面 カ ウ ン タ ー で 測 定 し 、3He+の
ピー ク にゲ ー ト をか け る 。
2.こ
れ ら の3He+を
約500イ
ベ ン ト集 め エ ネ ル ギ ー の 平 均 を と り、 こ
れ を ビ ー ム の エ ネ ル ギ ー と す る 。 ビ ー ム エ ネ ル ギ ー の 計 算 は(3He++
+12C→He+12C+)反
3.こ
応 の イベ ン トが 測 定 され る度 に行 う。
う し て 得 ら れ た ビ ー ム エ ネ ル ギ ー と 、(3He,t)反
応 の イベ ン トの測
定 に よ り 得 ら れ た 七 粒 子 の エ ネ ル ギ ー か ら(3He,t)反
応 のQ値
を
得 る。
ス ペ ク ト ロ グ ラ フ の 焦 点 面 で の シ ン グ ル イ ベ ン トは 約500cpsで
あ る。 こ
れ ら の イ ベ ン ト数 の う ち3He+粒
ベ ン トの
平 均 を と る と 、 約5秒
3。3t粒
子 は 約20%程
度 な の で500イ
ご とに ビー ム エ ネ ル ギ ー校 正 を行 う こ とに な った 。
子 の エ ネ ル ギ ー と散 乱 角
2.2に 示 した よ う に 、 ス ペ ク ト ロ グ ラ フ の 入 りロ ス リ ッ ト は20mr×20
mrと
した 。 ス ペ ク トロ グ ラ フ の 中 心 軌 道 を 一〇.30に セ ッ ト し 、 焦 点 面 カ
ウ ン タ ー の 情 報 を 用 い て 、散 乱 角0度
mrの
と1度
を 中 心 と し 、縦 ±10mr横
土7
領 域 に散 乱 さ れ たt粒 子 を 選 別 し 、収 量 を 求 め た 、 ま ず タ ー ゲ ッ トで
の 粒 子 軌 道 の 座 標 の 取 り方 、及 び 焦 点 面 で の 座 標 の 取 り方 を 図13に
示す。
タ ー ゲ ッ ト上 で の ビ ー ム ス ポ ッ トが 十 分 小 さ い と 仮 定 す る と 、 ス ペ ク ト
ロ グ ラ フ の 磁 場 光 学 的 な 設 計[46}に
中 心 軌 道 と の な す 角ao、boと
角a、bの
問 に は 定 数(倍
よ り散 舌L粒子 の 軌 道 とGrand
-Raiden
、焦 点 面 で の 散 乱 粒 子 と 中心 軌 道 との なす
率)ル ∫H、、Mvに
α=AfHαo
21
よって 、
う=Mγ
δo
の 関 係 が あ る 。 こ の 関 係 を用 い る と 、t粒 子 の 焦 点 面 で の 角 度 αH、 卿
MWDCカ
ウ ン タ ー に よ っ て 求 め れ ば 、 タ ー ゲ ッ ト上 で のt粒
を
子 の散 乱 角
を 得 る こ とが で き る 。
焦 点 面 を 通 過 したt粒
ト し た 図 を 図15に
子 を こ の 座 標 系 で12C(3He,t)12N反
示 す 。12Nの
応 をプ ロ ッ
デ ィス ク リ ー トな 励 起 レ ベ ル がaと
強い
相 関 を持 っ て 湾 曲 し て お り、 本 実 験 で は エ ネ ル ギ ー の 収 束 条 件 を 満 た し
て い な い こ とが わ か る 。 ス ペ ク ト ロ グ ラ フGrand-Raidenは
磁 石 コ イル
の 電 流 と磁 場 の 強 さ が 比 例 す る 領 域 で は 同 一 の エ ネ ル ギ ー の 粒 子 は 散 乱
角 が 異 な っ て も 同 一 のxに
収 束 す る よ う に 設 計 さ れ て い る(方
図15の
強 い相 関 を持 っ て 湾 曲 して い る の は励 磁 が 約
L8Tと
よ う に 、aとxが
向 収 敏)。
常 伝 導 電 磁 石 と して は 非 常 に 高 い た め 、 磁 石 ヨ ー ク鉄 の 局 所 的 な
飽 和 の 影 響 が 避 け ら れ な い た め で あ る 。 こ の 飽 和 の 影 響 に よ り、 線 型 応
答 領 域 で 設計 され た 焦 点 面 で の収 束 条 件 が 高 い 励 磁 の領 域 で は 、 満 た さ
れ て い な い こ と を示 して い る。
高 次 の収 束 条件 を補 正 す る た め の 要 素 と して 、 ス ペ ク トロ グ ラ フ に は
多 重 極 電 磁 石(MP:MQ,MS,MO,MD)も
用 意 され て い るが 、本 実 験 で は
オ フ ラ イ ンで の補 正 が 可 能 で あ る と判 断 し て 、焦 点 面 を 入 射 軸 に 対 し て 回
転 させ る 効 果 の あ るMS以
MWDCで
外 は使 用 しな か っ た 。 オ フ ラ イ ン の 処 理 で は 、
得 られ た 焦 点面 で の散 乱 粒 子 の位 置 及 び角 度 か らエ ネ ル ギ ー 分
解 能 を改 善 す る補 正 を行 う と と もに 散 乱 粒 子 の散 乱 角 を 決 め る こ と に よ
り、超 前 方(0度
、1度)で
の 反 応 断 面 積 の 角 分 布 を得 た 。 こ の 結 果t粒
シ ン グ ル で の エ ネ ル ギ ー 分 解 能 は 補 正 を 加 え な い 状 態 で は 約2MeV程
子
度
で あ っ た が 補 正 を加 え る こ と に よ り約200keVに
改 善 した 。 ま た 、 散 乱
縦 方 向 は 約10mr(FWHM)
角 の 角 度 分 解 能 は 横 方 向 は 約2mr(FWHM)、
程 度 であ った。
焦 点 面 カ ウ ン タ ー に よ る 、補 正 の 手 続 き
この 節 で は補 正 の 手 続 きに つ い て述 べ る 。
1.(xla)補
12C(3He
正
,t)・13C(3He,t)反
応 の(x'la)の2次
リ ー ト ピ ー ク の ロ ー カ ス を2次
元 プ ロ ッ ト上 の デ ィス ク
関 数 で フ ィ ッ トす る 。 す な わ ち
・
・(E∂=…(E∂+・
・1(E∂ ・+・
が ピー クの ロー カス と一 致 す る よ うに係 数 恥
22
、(E
、)α2
,￠、,ω2を ピ ー ク ご と に
決 め る 。 た だ し ビは 各 ピ ー ク の 添 字 で,
」Eフ`=0,2.24,5,75,17.36Mel/
で あ る 。 次 に こ の のo(E、),z1(E∂ ,z2(E、)がEの2次
関数 であ る と し
て 、 フ ィッ トす る 。 図16に 補 正 後 の(xla)ヒ
ス トグ ラ ム を 示 す 。
2.横 方 向 の 散 乱 角 の 補 正
図16に
お い て 、 ピー ク の ロー カス の上 下 の 切 れ 目 は ス ペ ク トログ ラ
フ 入 りロ ス リ ッ トの 影 で あ る 。 影 の 部 分 の 散 乱 角 は 、 ス リ ッ トの 幾
何 的 配 置 で 決 ま っ て い る の で こ れ を散 乱 角 の 基 準 点 と し て 散 乱 角ao
と焦 点 面 で の 角 度aを
関 係 づ け る こ と が で き る 。 す な わ ち左 ス リ ッ
トの エ ッ ジ の 焦 点 面 で の 角 度 をa+、 右 ス リ ッ ト の エ ッ ジ の 焦 点 面 で
の 角 度 をa一 と し 、 αま を 左 右 ス リ ッ ト の 設 定 値 と す る と 、
・+(・)=・
ま+・ 批+φ2
α一(勾=・ δ+・ 診+・
試
の よ う に左 右 両 エ ッ ジ の 位 置 を な ぞ る よ う にa±(x)をxの2次
で 表 し 、 散 乱 角aoを
焦 点 面 で の 角 度aを
均 等 に縮 尺 を加 え て 、
キ
・・一 ・δ+(・
関数
一 α一(・))
。+畠
≡1皇(。)
と して散 乱 角 を きめ た 。
3.縦 方 向 の 散 乱 角 の 補 正
補 正 を 加 え る 前 の(x同
の2次
元 の ヒ ス トグ ラ ム は 先 に 示 し た 縦 方
向 の 場 合 と異 な り、 な め ら か なxの
関 数 に な っ て い な い 。 そ こで 横
方 向 の 場 合 の よ う に 多 次 関 数 に よ る 補 正 を行 わ ず 、200keV程
度 の
ビ ン ご と に 補 正 係 数 を 決 め た 。 補 正 係 数 は ビ ン ご と に(xlb)ヒ
ス ト
グ ラ ム の重 心 を計 算 す る こ とに よ りも と め た 。 す な わ ち 、
△E=瓦+1一
瓦
ご とに
<6>・ 一 ÷ 認
、う
〈 う2〉 ・一 橿
1(δ一 〈 δ〉)2
23
を 求 め 、 こ う し て 得 ら れ た 〈 δ 〉、、<62>、
の 表 を も と に6→60の
補 正 を行 っ た。
4.散 乱 角0度
△L=0の
の 決 定 及 び角 度 分 解 能
反 応 がooで
極 大 値 を持 つ こ と 、 △L=1の
反 応 がooで
極小
値 を持 つ こ と を 用 い て 真 の0・ を決 め た 、 ま た 角 度 分 解 能 は 、3He+
の 角 度 の 広 が りか ら 求 め る こ と が で き る 。(3He+++X→He+X+)
に よ る 電 子 捕 獲 反 応 で は 、 入 射 した3Heビ
ー ム は タ ー ゲ ッ ト物 質 と
の ク ー ロ ン多 重 散 乱 の 影 響 しか 受 け な い と 考 え ら れ る の で 、3He+の
焦 点 面 で の 角 度 の 広 が りは 、散 乱 角 の 分 解 能 そ の もの で あ る と み な
せ る 。 こ の3He+に
よ る角 度 分 解 能 の算 定 に よ る と、横 方 向 の 角 度 分
解 能 は カ ウ ン タ ー 系 で の 角 度 分 解 能 よ り、 入 射 ビ ー ム そ の も の の 広
が り で 決 ま っ て お り約2mrで
あ り、 一 方 、縦 方 向 は 縦 倍 率Myが
さ い こ と もあ っ て カ ウ ン タ ー 系 の 角 度 分 解 能 で 決 ま っ て お り約10mr
で あ っ た。
24
小
4実
4.1共
験 結果
鳴 へ の反応 断 面積
シ ン グ ル イ ベ ン ト の ス ペ ク ト ル のt粒
テ ィ ン グ に は 巨 大 共 鳴 に よ る3個
鳴(GTR)、splndipole共
子 エ ネ ル ギ ー ス ペ ク ト ル の フ ィッ
の ピ ー ク と し てGamow-Teller巨
鳴(SDR)、isobaricanalog状
た 、 そ の 他 、 共 鳴 に よ ら な い 寄 与 は 、208Pb核
弾 性 散 乱(QF)に
態(IAS)を
仮 定 し
内 の 中 性 子 と の(3He,t)準
よ る 連 続 した バ ッ ク グ ラ ウ ン ド を 仮 定 し た 。
共 鳴 の 寄 与 を 記 述 す る 関 数 型 はLorenz型
全 巾 が232keVと
で 、Lorenz型
大 共
と し た 。 た だ しIASは
そ の
狭 く、 測 定 の エ ネ ル ギ ー 分 解 能 と 同 程 度 の 大 き さ な の
を測 定 分 解 能 を 表 す 分 布 関 数 で フ ォ ー ル デ ィ ン グ した 関 数
型 を用 い た 。 フ ォー ルデ ィン グ に用 い た た 関 数 は 、 巾 の小 さ い 低 励 起 準
位 及 び 、3He+の
ピ ー ク を フ ィ ッ ト し て 得 ら れ たGauss型
d2σGTR
=0
1
ノ>GTR
2・r…1+(幽r
dEdΩ
d2σ5DR
・=0
dEdΩ
4EdΩ
と した 、 こ こ で 瓦
ノ>5DR1
一・
%畿
はt粒
(12)
5DR/2)2'
鷹 楽馨il狙
(13)
子 の エ ネ ル ギ ー を 表 す 。rGTR、r5DR、rM5は
共 鳴 の 全 巾 を 、EσTR、ED5R、EIA5は
2Vo5R、1>1A5は
(ll)
σTR/2)2'
2・r・D・1+(血r
d2σ 耐5
を用 い 、
、
共 鳴 の 励 起 エ ネ ル ギ ー を 、NGTR、
、 収 量 を 表 す 。Cは
、208Pbタ
ー ゲ ッ トの 厚 さ 、 ビ ー ム の
電 荷 の 総 量 、 測 定 立 体 角 を 含 む 定 数 で あ る 。 式(13)のNoは
、積 分 の 規
格 化 定 数 で 、 σoは 、 実 験 の 測 定 分 解 能 を 表 す 。
準 弾 性 散 乱 に よ る 、 連 続 状 態 に 対 し て の 関 数 型 は 、(π+,πo)反
析 に 用 い ら れ たFermiガ
42σQF
dE4Ω
応 の解
ス モ デ ル に よ る 現 象 論 的 な 関 数 型[50]
=1VQF
1-exp((」El孟
一 五フo)/T)
1十((E、-EQF)/W)2'
を 用 い た 、 こ の 関 数 型 は 自 由 なn(3He,t)散
乱 のt粒
(!4)
子 エ ネ ル ギ ー か ら陽
子 の 束 縛 エ ネ ル ギ ー 、 中 性 子 空 孔 状 態 の 励 起 エ ネ ル ギ ー 、 ク ー ロ ンバ リ
ァ を差 し引 い た エ ネ ル ギ ー に 中 心 値(EgF)を
持 つLorenz型
持 ち 、 巾Wの
広 が りを
の ピ ー ク 関数 に 、原 子 核 内 で の準 弾 性 散 乱 の 効 果 を加 え る
25
た め に 反 跳 粒 子 の パ ウ リブ ロ ッキ ング の効 果 を表 す た め の 、 カ ッ トオ フ
関 数 を か け た も の で あ る 。 こ の カ ッ トオ フ 関 数 は カ ッ トオ フ エ ネ ル ギ ー
がEoで
、 カ ッ ト オ フ の 巾 がTの
る 。T、Wは
、X2フ
指 数 関 数 を か け た も の と して 表 現 して い
ィッ ト に 対 し て 非 常 に 鈍 感[51]な
αr.[51,52]がE・H,=200MeVで
のSn(3He,t)反
の で ・Janeckeε
オ
応 をA=118∼124の
同位 体 に対 して測 定 し、準 弾 性 散 乱 の バ ッ クグ ラ ウ ン ド を グ ロー バ ル に
フ ィ ッ ト し て 決 め た 値(T=100MeV,W=22MeV)に
固 定 し た 。Eoは
三 体 へ の 破 砕 反 応 の エ ネ ル ギ ー(6.7MeV)に
etal[51]が120Snに
対 し て 得 た 値 にPbとSnの
を 考 慮 し た 値(EQF=17.5MeV)を
て 自 由 にx2サ
固 定 し た 。E◎FはJanecke
クー ロ ンバ リア の 差 だ け
用 い た 。 こ れ ら以 外 の パ ラ メ タは 全
ー チ した 、
散 乱 角0度
で はSDRの
反 応 断 面 積 は 極 小 と な り 、0度
で の ス ペ ク トル
(図1(a))で
は バ ン プ と して は 観 測 さ れ な い が 、 そ の 寄 与 は 無 視 で き な い 。
一方
、 散 乱 角1度
で は 、SDRの
反 応 断 面 積 は ほ ぼ 極 大 と な り 、GTR、IAS
の 反 応 断 面 積 は 急 速 に 減 少 す る が 、 バ ン プ と し て 観 測 さ れ る(図1(b))。
さ ら に 後 方 角 度 で は 、 巨 大 共 鳴 の バ ン プ は 無 い(図17)。
1度
そ こ で 、0度
と
の ス ペ ク トル を 同 じ共 鳴 の 巾 、 励 起 エ ネ ル ギ ー を 用 い て 同 時 に フ ィッ
ト を 行 い 、0度
の ス ペ ク ト ル に 対 す るSDRの
た 。 得 ら れ た 結 果 を 表4、
図1(a,b)に
ス ペ ク ト ル の 差 を と る と(図18)、
の ピ ー ク と な り 、 △L=1の
寄 与 の 不 確 定 さ を少 な く し
示 す 。0度
△L=0の
の ス ペ ク ト ル と1度
遷 移 で あ るGTRとIASは
遷 移 で あ るSDRは
の
正
負 の ピー ク と な る 。
フ ィッ ト し た デ ー タ 点 の 数 は 、 一 つ の エ ネ ル ギ ー ス ペ ク ト ル あ た り1400
点 で 、!点
あ た り のX2は1.2程
度(0士7mr×0土10mr)で
mr×17土10mr)で
は0度
度 で あ っ た 。 実 験 的 に 得 ら れ たGTRの0
の 反 応 断 面 積 は166士23mb/sr1度(17±7
は95±14mb/srで
で は10.2土0.7mb/srl度
積 の 度 分 布 を 図19に
4.2陽
で は6 .4±0.7mb/srで
反 応 断面積
あ った、 反応 断面
示 す。
子 崩 壊 巾 の 決 定
208Pb(3He
ギ ー(Ep)の
あ っ た 。 ま た 、IASの
,tp)同
時 計 測 のt粒
子 の エ ネ ル ギ ー(E∂
と 、陽 子 の エ ネ ル
二 次 元 プ ロ ッ ト を 図20(a)に
る ロ ー カ ス が207Pbの
示 す 。Eオ+E,=coηsオ.と
な
中性 子 空孔 状 態 の 励 起 準 位 に 相 当す る
。 この二次元
謝離 呈1潭
集翻 幾桟(繁 旛 濠 晋
夢ちll勲
轟
鞠
工 不 ル ギ ー に 射 影 し た の が 図21(・
,b)で
26
あ る ・ シ ン グ ル の(・H。,t)反
応
の エ ネ ル ギ ー ス ペ ク トル と比 較 す る と 、IASか
ら は 強 く207Pbの
孔 状 態 に 陽 子 崩 壊 し て い る の に 比 べ て 、GTRは
中性 子空
よ り低 い 分 岐 比 で 陽 子 崩
壊 し て い る こ と が わ か る 。 ま た シ ン グ ル の ス ペ ク トル で は 顕 著 に 観 測 さ
れ る準 弾 性 散 乱 は 、 前 方 ピー ク とな る 準 弾 性 散 乱 の 反 跳 陽 子 が ほ と ん ど
な い 後 方 角 度 で 陽 子 を 測 定 し て い る た め 、 同 時 計 測 の ス ペ ク トル に は 全
く寄 与 が な い 。
GTRの
励 起 エ ネ ル ギ ー の 領 域(耳=445∼432MeV)に
か け て 、207Pbの
ゲ ー トを
励 起 エ ネ ル ギ ー に 射 影 し た の が 図20(b)で
3p訪 状 態 は 、 こ の 実 験 で は 分 離iし て い な い が 、 他 の207Pbの
あ る 。2f訪 、
中性 子 空孔
状 態 は よ く分 離 して い る 。
IASやGTRな
ど の 巨 大 共 鳴 の 全 巾 は 式(1)の
r=r↑
よ うに、
十r↓(15)
と か け る 。 こ こ で 、1'↑は エ ス ケ ー プ 巾 を 表 し 、r↓は ス プ レデ ィ ン グ 巾 を
表 す 。208Biの
よ う な 重 い 原 子 核 の 場 合 、 ス プ レデ ィ ン グ 巾 は 中 性 子 放 出
に よ る統 計 崩 壊 に 関係 づ け られ る。 そ れ は 、 陽 子 放 出 に よ る統 計 崩 壊 が
ク ー ロ ン 障 壁 に よ っ て 強 く抑 制 さ れ て い る か ら で あ る 。 一 方 、 エ ス ケ ー プ
巾 は 、 巨 大 共 鳴 を構 成 す る 一 陽 子 粒 子 一
一 中 性 子 空 孔 状 態 の 微 視 的 構造 に
関 連 し た 量 で あ る 。 さ ら に 、 エ ス ケ ー プ 巾 は 陽 子 崩 壊 後 の 娘 核 の 各1中
性 子 空 孔 状 態 に 対 応 した 部 分 エ ス ケ ー プ 巾 の 和 で 表 さ れ る 。 す な わ ち 、
r↑=rl=Σr長(!6)
z
と か け る 。 こ こ で 、rlfは 、207Pbの
乞番 目 の 中 性 子 空 孔 状 態 の 崩 壊 巾 で
あ る 。 将 と 、rの 比 は 、 コ イ ン シ デ ン ス の2階
微分 反応 断面積 と、シ ング
ルの微分反応断面積の比で表 され、
雫 一歎 麗
鵜/器(17)
と な る 。 こ こ で 、そ れ ぞ れ の微 分 反 応 断 面 積 は励 起 エ ネ ル ギ ー に よ る積
分 を行 っ て あ る もの とす る 。 した が っ て 、陽 子 崩 壊 の 分 岐 比 、 陽 子 崩 壊
巾 を実 験 的 に 決 定 す る に は 、 こ れ ら の反 応 断 面 積 を 決 め れ ば よ い 。
陽子 崩壊 巾(rわ の決定 は次 の方 法 で行 った、
1.r↑ の 決 定
式[17]よ
り ・ 図21(・,b)を
節 で 得 た 面/4餌
フ ィ ・ ト し ・ Σ 、舞
と比 を と り、 Σ 雷1/rを
27
決 め た、
鵜
を き め ・4・1
こ の 際 、 コ イ ン シ デ ン ス の ス ペ ク ト ル に あ ら わ れ る 、GTR、IAS、
SDRは
、 シ ン グ ル の208Pb(3He,t)反
応 と同 じ巾 ・励 起 エ ネ ル ギ ー を
持 つ と仮 定 した 。 ま た 、準 弾 性 散 乱 に よ る 反 跳 陽 子 は 前 方 に 集 中 す る
の で 、後 方 角 度 で 崩 壊 陽子 を測 定 す る場 合 、 こ の寄 与 は な い と した 。
2.IAS、GTRか
ら の 部 分 崩 壊 巾(rDの
決定
コ イ ン シ デ ン ス の ス ペ ク トル に 、
(a)IASの
領域
1(Eオ=431。8∼432.5MeV)
(b)GTRの
領 域 か ら 、IASの
領 域 を の ぞ い た領 域
II(Eオ=429.6∼431.8,432.5∼435.2MeV)
(c)SDRの
領域
III(Eオ=420.0∼430.OMeV)
の ゲ ー ト を 設 定 す る 。 こ れ ら の ゲ ー ト を か け た207Pbの
ト ル を 得 て(20(b))、
こ れ を フ ィッ ト し 、 各207Pbの
へ の 部 分 分 岐 比Pl・
・ 、pg・ ・を う る.こ
を用 い て 、部 分 陽 子 崩 壊 巾瑠
のP,と
励 起 スペ ク
中性子 空孔状 態
前 囎
で え た Σ 右「1
は、
rl一
君 Σrl(18)
ご
とか け る。
3.IASか
らGTRへ
の 、GTRか
GTR、IAS、SDRの
IASの
らIASへ
のrlの
関 数 型(式11-13)を
混入 の評価
用 い て 、 領 域1、IIのGTR、
混 入 を見 る と 、
か
㊨・・昭//}㊨
∠ 、}毎・・dE//}㊨
・・4E・・dE=
か}・ ・ゴE/μ
・・dE一
オ 、塩 ・ゴE/μ
・・ゴE=
と な る 。 こ こ でyは
10.1%
(19)
50.6%
(20)
94.2%
(21)
5.75%
(22)
フ ィッ トで 得 ら れ た 各 共 鳴 の 収 量 を 表 す 関 数 で
あ る 。 こ れ ら の 値 の う ち 、 式(19)が
混 入 の 割 合 で 、 式[22]が
、GTRのrlへ
28
、IASのrlへ
のIASか
のGTRか
らの
らの 混 入 の 割 合
の 評 価 で あ る 。P{がGTRとIASで
大 幅 に は異 な らな い の で 最 終 的
な 部 分 崩 壊 巾 へ の 影 響 は 少 な い 。 ま た 、 こ れ ら の 混 入 の 割 合 か ら純
粋 なGTRとIASに
分 離 す る こ とが 可 能 だが 、結 果 が ピー クの 型 に
依 存 す る の と 、 統 計 誤 差 に 比 べ て20%程
度 の 差 しか 生 じ な い た め こ
れ らの 結 果 は用 い な か った 。
ブ イッテ ィ ン グ の 過 程 に お い て 、 コ イ ン シ デ ン ス に ゲ ー ト を か け たt粒
の エ ネ ル ギ ー ス ペ ク ト ル のGTRの
ベ ン ト の ス ペ ク トル で のGTRの
子
ピー クの 中 心 エ ネ ル ギ ー が シ ング ル イ
中 心 エ ネ ル ギ ー と 比 較 して 、高 励 起 エ ネ
ル ギ ー 側 に シ フ ト して い る こ とが わ か っ た 。 こ の シ フ トの 原 因 は 、低 エ ネ
ル ギ ー の 陽 子 放 出 に よ る 崩 壊 が ク ー ロ ン 障 壁 や 、遠 心 力 障 壁 に よ り、 強 く
抑 制 さ れ る た め と理 解 で き る 。207Pbの
の エ ネ ル ギ ー ス ペ ク ト ル で のGTRの
状 態 と 、(2f5/2+3P3/2)状
励 起 状 態 に ゲ ー ト を か け たt粒 子
中 心 エ ネ ル ギ ー の シ フ ト は 、3P1/2
態 で 、 そ れ ぞ れ130±150keVと
、720±340keV
で あ っ た 。 し か し、1hl3/2状 態 、2f7/2状 態 、1hg/2状 態 の シ フ ト は デ ー タ の
統 計 が 少 な く、 判 別 で き な か っ た 。 図20(a)か
ら も 、8MeV以
下 の陽子
の 放 出 が 強 く制 限 さ れ て い る こ とが わ か る 。 こ の 励 起 エ ネ ル ギ ー の シ フ
トに 起 因 す る フ ィッテ ィ ン グ の 誤 差 は 、励 起 エ ネ ル ギ ー を シ ン グ ル イ ベ ン
ト の ス ペ ク トル の 値 に 固 定 し た 場 合 と 、 自 由 に サ ー チ し た 場 合 を 比 較 す
る と 、 いず れ も統計 誤 差 の範 囲 内 で あ っ た 。 これ は 部 分 分 岐 比 を 決 め る
際 、 フ ィッ トに よ り得 ら れ た 関 数 型 を用 い て い な い か ら で あ る 。
4.3誤
差 の評 価
フ ィッ テ ィ ン グ に よ り得 ら れ た 結 果 の 誤 差 の 評 価 は 次 の よ う な 手 順 で
行 った。
1.シ
ン グ ル イ ベ ン ト の ス ペ ク ト ル を フ ィ ッ ト し 、x2が
最 小 とな るパ ラ
メ ー タ を決 め る。
2.SGTR、S1超
、S5DRの
高 さ をX2最
し 、 そ れ 以 外 の パ ラ メ タ をx2が
3.コ
小 と な る値 か ら 変 化 さ せ た 値 に 固 定
最 小 と な る よ う に決 め る 。
イ ン シデ ンス の ス ペ ク トル を シ ング ル イベ ン トの ス ペ ク トル の フ
ィッ ト に よ っ て 得 ら れ た 励 起 エ ネ ル ギ ー 、 巾 、 反 応 断 面 積 を 用 い て
フ ィッ ト し 、GTR、IAS、SDRの
高 さ を決 め 、 陽 子 崩 壊 の 分 岐 比 を
求 め る。
29
4.最 小 のX2に 比 べ て 、 増 加 分 が1%と
な るGTR、IAS、SDRの
高さを
決 め 、 こ の と き得 られ る励 起 エ ネ ル ギ ー 、 巾 、散 乱 断 面 積 を誤 差 の
上 限 また は下 限 とす る。
5.こ れ ら の 値 を 用 い て 、 さ ら に コ イ ン シ デ ン ス の ス ペ ク ト ル を フ ィッ
ト し、陽 子 崩 壊 の分 岐 比 の誤 差 の 上 限 ま た は 下 限 とす る 。
図19か
ら も わ か る よ う に 、SDRは0度
ほ と ん どバ ン プ と し て 現 れ な い.し
ラ ウ ン ド の 算 定 を行 う と 、GTRの
の エ ネ ル ギ ー ス ペ ク トル で は
か し、 こ れ を考 慮 せ ず に 、 バ ッ クグ
収 量 を30%程
度 も少 な く見 積 も る 可
能 性 が あ る こ とが 報 告 さ れ て い る[17]。 しか し 、1度
と0度
のエ ネ ルギー
ス ペ ク ト ル を 整 合 性 を 持 た せ て フ ィッ トす る こ と に よ り、15%程
度 の誤
差 で 、反 応 断 面 積 を きめ る こ とが で きた 。
4.4入
射 エ ネ ル ギ ー450MeVで
の(3He,t)反
応 の反 応
機 構
4.4.1超
前方 での反応断面 積
図19に
散 乱 角0度
か ら 、5度
ペ ク トル を 示 す 。Gampw-Teller巨
鳴(IAR)の
で の208Pb(3He,t)反
大 共 鳴(GTR)や
応 のエ ネル ギー ス
、isobaricanalog共
よ う な 角 運 動 量 移 行 を 伴 わ な い 励 起(△L=0)は
い ピー ク を持 ち 、散 乱 角0度
の よ う な △L=1の
は 、 散 乱 角1度
前 方 散 乱 に鋭
で 最 大 と な る 。 一 方spindipole共
鳴(SDR)
励 起 は 、 入 射 エ ネ ル ギ ー450MeVの(3He,t)反
応 で
近 辺 で 反 応 断 面 積 が 極 大 と な る 。 ま た 、t粒 子 の エ ネ ル
ギ ー に して 、430MeV近
辺 を ピ ー ク とす る な だ ら か な バ ン プ は 、208Pb
の 核 内 の 中 性 子 と の 準 弾 性 散 乱 等 か ら の 寄 与 で 、0度
か ら1度
の前 方 で
応[53]お
よ び 、核
は ほ と ん ど平 ら な 角 分 布 を 示 し て い る 。
核 子 あ た り100MeVか
子 あ た り200MeVか
ら ・700MeVで
ン パ ル ス 近 似(DWIA)に
Gamow-Teller遷
ら ・200MeVで
の(P,n)反
の(3He,t)反
応[21]の
歪 曲波 イ
よ る 解 析 に よ る と 、 角 運 動 量 移 行(△L=0)の
移 やFermi遷
移 の励 起 反 応 断 面 積 は 、運 動 量 移 行 量 が き
わ め て小 さい 極 限 で ア イ コ ナ ル 近 似 に 基 づ き 、
藷(E,ω
・q)一 κ(E,ω)・xp(-19・
〈
・・〉)W且(23)
と か け る 。 こ こ で 乞は σγ・丁等 の 遷 移 を 示 す イ ンデ ッ ク ス 、」、は そ の 遷 移
に 対 応 す る 核 子 核 相 互 作 用 ちの 体 積 積 分 、Bは 遷 移 強 度 を あ ら わ す 。 κ
30
は運 動 学的 因子 で、 ターゲ ッ トと入射粒 子 の換 算質量μ、入射 、散乱 後 の
運 動量 の比 厨 勺 を用 いて 、
κ(E,ω)一(毒)・
と 表 せ る 。 ま た 、Nは
箒(24)
歪 曲 比 と 呼 ば れ 、 歪 曲 波 近 似(DW)で
積 と平 面 波 近 似(PW)で
の反応 断面
の 反 応 断 面 積 の比 で あ る 。
厚つ
式(23)に
σ(Pレ γ;o)
よ る と 、 超 前 方 で の 散 乱 断 面 積 はω を 固 定 す る と 、
(26)
藷(E,ω,q)-xp(-lq2<・2>)
と な り、 前 方 で は 反 応 断 面 積 の 運 動 量 移 行 依 存(角
と な る 。 図22に
ガ ウス型
度 の 励 起 エ ネ ル ギ ー で は 運 動 量 移 行 量 は0.2
度 で あ る こ と が わ か る 。 参 考 文 献[53]に
較 で は 、 運 動 量 移 行0.3fm一1以
よ るDWIA計
算 との 比
下 で は 角 度 分 布 は 、 ガ ウ ス 型 と よ く一 致
す る こ と が 示 さ れ て い る 。 図19に208Pb(3He,t)反
と 、IASの
度 分 布)は
本 実 験 で の 運 動 量 移 行 と、 エ ネ ル ギ ー移 行 の 関 係 を示
す 。 こ の 図 か ら 、15MeV程
fm-1程
)
(つ 一
σ(Dレ γ;q,ω)
1>(q,ω)=
角 分 布 を 示 す 。 運 動 量 移 行q=0の
応 で 得 ら れ たGTR
極 限 で は 式(23)は
さ らに
q依 存 性 を の ぞ い て 、
藷(q-・)一
κ(E,ω)酬
(27)
・
易
とか け る 。
4.4.2反
応機 構
本 実 験 の エ ネ ル ギ ー 領 域(150Mev/A)で
Teller遷
の(3He,t)反
応 がGamow-
移 の 研 究 に 適 した エ ネ ル ギ ー 領 域 で あ る か ど う か を 確 認 す る た
め 、 文 献[21]に
基 づ き 、 既 知 のGamow-Teller遷
遷 移 強 度(B(F))と(3He,t)反
移 強 度(B(GT))、Fermi
応 の 反 応 断 面 積 の 関 係 の 入 射 エ ネ ル ギ ー依
存 性 を 比 較 した 。
用 い た 反 応 は 、13C(3He,t)13N(9.s)、13C(3He,t)13N(E。=3.51MeV
)、 及 び12C(3He,t)12N(9.s)で
あ る 。 測 定 は 、本 実 験 と 陽 子 検 出 器 を の ぞ
き 、 同 じ入 射 エ ネ ル ギ ー 、 同 じセ ッ トア ップ で 行 い 、 タ ー ゲ ッ ト は 自 然 な
31
炭 素 タ ー ゲ ッ ト を 用 い た 。13Cは
比1.10%で
こ の 自 然 な タ ー ゲ ッ トに 原 子 百 分 率 存 在
含 ま れ る 。 し た が っ て 、12C(3He,t)及
び13C(3He,t)反
応 は ・同
時 に 測 定 す る こ と が 可 能 で 、 タ ー ゲ ッ ト の 厚 さ の 較 正 の 必 要 は な く正 確 な
反 応 断 面 積 の 比 が 得 ら れ る 。 そ れ ぞ れ の 反 応 に は 、12MeV程
度 のQ値
の 差 が あ り 、 収 量 の 混 入 は ほ と ん ど な い 。12N、13NのB(GT)及
の 値 を 、 表5に
示 す 。 次 の 反 応 、12C(3He,t)12N(g.。.)、13C(3He,t)13N(3.51)
は 、 い ず れ も 純 粋 なGT遷
移 で 、 そ れ ぞ れ の 散 乱 角0度
の 比 を と る と 、 式(27)か
4σ
齢
び 、B(F)
での反 応 断面 積
ら、
・)/4σ
器51)
「 聯 藷1署
懸;1撫1)(28)
と か け る 。 こ こ で 、N。 。(120)、 ノ
∼
し。(130)は12C、12Cの
高 エ ネ ル ギ ー 領 域 で の(3He,t)反
歪 曲比 で あ る。
応 が 、 ア イ コ ナ ル 近 似 が よ く成 り立
つ よ う な単 純 な 反 応 機 構 で あ る とす れ ば 、 」。。、N。.の 入 射 エ ネ ル ギ ー 依
存 性 が 、 各 々 の 遷 移 で 打 ち 消 しあ い 、 こ の 比 は 入 射 エ ネ ル ギ ー に よ ら ず
一 定 とな る
。 入 射 エ ネ ル ギ ー450MeVの
測 定 結 果 をBergqvistら[21]の
測 定 結 果 に 加 え た もの を 図23に
示 す 。 こ の 図 か ら もわ か る よ う に 、入 射
エ ネ ル ギ ー450MeVで
の 反 応 断 面 積 の 比 が 、600MeVか
ら2.3GeVで
の 高 い 入 射 エ ネ ル ギ ー で の 入 射 エ ネ ル ギ ー 依 存 性 と よ く一 致 し て お り ア
イ コ ナ ル 近 似 の 描 像 が よ く な り立 つ こ と が わ か る 。 し か し な が ら 、 入 射
エ ネ ル ギ ー200MeVで
は 、 大 き く一 定 値 か ら ず れ て お り 、DWIAに
は
取 り込 ま れ な い 多 段 階 過 程 な ど の 効 果 が 大 き い こ と が 示 唆 さ れ る 。
GTRか
ら の 粒 子 崩 壊 巾 を 決 定 す る 場 合 、GT遷
移 を強 く励 起 で き る 入
射 エ ネ ル ギ ー を 適 切 に 選 ぶ こ と は 非 常 に 重 要 で あ る 。13C→13N(g.s。)の
よ う に 、B(GT)とB(F)が
混 在 した 励 起 で は 、 反 応 断 面 積 の 式(27)は
、
dσ
流(q-0)一
κ(E,ω)(N・
と か け る 。13C→13N(g.s
・I」
・・12B(σT)+N・1み12β(F))(29)
.)と13C→13N(g.s.)の
反 応断 面積 か ら、
丑2一 吟 チ1笠(3・)
が 得 ら れ る 。Bergvistdα
る と 。IJ・ ・/」・12=8・24士1
合 す る 。 図24に
」
.[21]に
よ る13Cに
対 す るN
・1と な り 、(P,n)(3He,t)反
σ。/1V。の 値 を 用 い
応 に よ る結 果 と整
こ れ ら を プ ロ ッ ト し た も の を示 す 。 こ の 図 か ら も 明 ら か
な よ う にIJ。 。/」。1の 値 は 、E,=450MeVか
らE
,=600MeVで
に 達 し て お り ・ 本 実 験 の エ ネ ル ギ ー 領 域(450MeV)は
べ 、GT遷
移 が 強 く励 起 さ れ る 入 射 エ ネ ル ギ ー で あ る
32
、Fermi遷
。
ピー ク
移 に比
4・4.3208BiのIAS、GTRのFermi遷
移 強 度 とGamow-Teller遷
移
強度
208Pb(3He
,tp)反
遷 移 強 度(B(GT))を
応 のGTRの
反 応 断 面 積 か ら 、GTRのGamow-Teller
決 め る 。GTR、IASに
講
一肇罐;:瑠)難12鵠
と な る 。 こ こ で 、B(σT)σTR、
β(∬)1∬
ピ ー ク に 含 ま れ るGamow-Tellerお
IASの
対 す る 式(27)の
比 を取 る と・
無(31)
は そ れ ぞ れ 、GTRお
よ び 、Fermi遷
よ び 、IASの
移 強 度 で あ る 。GTR、
励 起 エ ネ ル ギ ー の 差 が 十 分 小 さい と して
K(E(GTR),ω(σTR))/・
κ(E(醐,ω(・
と 近 似 し た 。 ま た 、 重 い 核 に 対 し て は!>。 。/N。=1と
験 的 に 得 ら れ たGTRとIASの
近 似 で き る[53]。
ピ ー ク の 反 応 断 面 積 の 比(15.0土3.1)お
び 、 前 節 で え た 有 効 相 互 作 用 の 比IJ。 。/」。12=8.24±1.1を
に 、208BiのIASの
ピ ー ク に 含 ま れ るFermi遷
((N-Z)=44)の100呪
り 、 こ の 値 は1980年
数(50%∼60%)[12]に
よ
移の和則
代 入 す る とGTR
移 強 度 が 実 験 的 に 決 ま る 。 得 られ た
移 強 度 は 、B(σ71)GTR=80±20で
=遷移 強 度 はGamow-Teller遷
実
代 入 す る。さら
移 強 度 はFermi遷
を つ く し て い る の で 、 β(∫M5=44を
の ピ ー ク に 含 ま れ るGamow-Teller遷
Gamow-Teller遷
(32)
五5))=1
、 こ のGamow-Teller
移 の 和 則(3(N-Z)=132)[1]の60±15%で
代 に 系 統 的 に(p,n)反
一 致 す る。
33
あ
応 で 測 定 さ れ た の クエ ンチ 係
5理
論 との比 較
5.1陽
子 崩 壊 巾
解 析 に よ っ て 得 られ たGTRとIASの
を 表6,7に
MeVを
示 す 。 こ こ でGTRの
用 い 、IASの
陽 子 崩 壊 の 分 岐 比 と陽 子 崩 壊 巾
全 巾 と し て は ・ 本 研 究 で 得 ら れ た3・72
全 巾 と し て は 、Melzere地1,に
よ る 、232keV[49]
を 用 い た 。 こ れ ま で に 実 験 的 に 得 られ た 部 分 陽 子 崩 壊 巾 も表6,7に
あ る 。 今 回 得 ら れ たIASの
示 して
部 分 陽子 崩壊 巾 は 、 こ れ まで の デ ー タ に非 常
に よ く一 致 して い る 。 こ の こ と は 、 本 研 究 で の 部 分 崩 壊 巾 の 決 定 が 信 頼
す る に 足 る も の で あ る こ と を 示 し て い る 。 一 方 、 本 実 験 で 得 られ たGTR
の 陽 子 崩 壊 巾 は27MeV/Aで
得 ら れ て い る 結 果[36]と
る 。 こ れ は 、100MeV/A以
全 く異 な っ て い
下 の 入 射 エ ネ ル ギ ー で はGTRの
励起 が 弱 い
た め 、1章 で 述 べ た よ う に 他 の 多 段 階 過 程 な ど の 混 入 の た めGTRの
陽子
崩 壊 巾 を分 離 す る こ とは 困難 で あ る 。
こ れ ら の 結 果 は 、0度 に 散 乱 さ れ たt粒
子 と陽 子 の 角 度 相 関 が 等 方 的
で あ る と仮 定 し て 得 ら れ た も の で あ る 。 し か し一 般 に は1+状
壊 陽 子 と の 角 度 相 関 関 数 は 、Legendre関
[36]。 陽 子 の 散 乱 角 度132度
ン グ に よ り得 ら れ たGTRか
度 相 関 に対 す る α2は0と
子 の 角 度 相 関 を 図25に
も0と
0+状
態 か らの 崩
数 を 用 い て 、1+α2P2と
かける
と散 乱 角 度151度
で の デ ー タ 点 の フ ィッ テ ィ
ら の3p1/2と(2f5/2+3p3/2)へ
の 陽子 崩 壊 の 角
コ ン シ ス テ ン トで あ っ た 。 得 ら れ たt粒
子 と陽
示 す 。 ま た 、1i13/2と2f7/2状 態 へ の 陽 子 崩 壊 の 係 数
コ ン シ ス テ ン トで あ っ た が 、統 計 が 少 な い た め 不 確 定 さ は 大 き い 。
態 で あ るIASか
とIASへ
らの 陽 子 崩 壊 の 角 度 相 関 も等 方 的 で あ っ た 。GTR
の 遷 移 は い ず れ も軌 道 角 運 動 量 移 行 が な い(△L=0)の
で 、陽 子
崩 壊 の 角 度 相 関 は 等 方 的 で あ る と期 待 で き る の で 、 自 然 な 結 果 で あ る と
い え る。
表6,7の3列
目 か ら6列
目 にCol6eオ
を 用 い たcontinuumTa・nm-Dancoff近
果 を 示 す 。Col6eオ
α1,[40]に よ るSkyrm相
似(TDA)に
基 づ く理 論 計 算 の 結
α1.は、 ス プ レ ッデ ィ ン グ の 効 果 を コ レ ク テ ィブ な 振
動 モ ー ド と の 結 合 を導 入 す る こ と に よ り取 り入 れ て い る 。3列
目 に は 純 粋 なHartree-Fock近
ギ ー と 中 性 子 のS因
SGII相
目 と4列
目 と4列
似 に よ る 波 動 関 数 を 用 い た 計 算 に よ り得 ら
れ た 陽 子 崩 壊 分 岐 比 が 示 し て あ り、5列
る 。3列
互作用
目 と6列
目 に は 陽子 放 出 エ ネ ル
子 に 現 象 論 的 な 値 を 用 い て 計 算 さ れ た 値 を 示 して あ
目 はSIII相
互 作 用 を 用 い た 計 算 で 、5列
互 作 用 を 用 い た 計 算 で あ る 。IASの
34
目 と6列
目は
陽 子 崩 壊 は 、SIII相 互 作 用 を
用 い た 場 合 に お お む ね 再 現 さ れ る 。IASの
全 巾 と 、励 起 エ ネ ル ギ ー は ス
プ レ ッデ イ ン グ の 効 果 を 導 入 して も あ ま り 大 き く は 影 響 さ れ な い 。 そ れ
は 、IASの
ス プ レ ッデ ィ ン グ はisovector型
のrnonopole共
相 互 作 用 を 介 して 結 合 す る こ と に よ っ て 起 こ り 、IASの
鳴 とクー ロ ン
中性 子崩 壊 はア
イ ソ ス ピ ン 選 択 則 に よ り抑 制 さ れ て い る か ら で あ る 。 実 験 的 に 得 ら れ た
IASの
中 性 子 崩 壊 の 分 岐 比 は31±3%[37]し
岐 比58士9%と
か な く、 こ れ は 陽 子 崩 壊 の 分
コ ン シ ス テ ン トな 結 果 で あ る 。 しか し な が ら 、GTRか
ら
の 陽 子 崩 壊 の 場 合 ス プ レ ッデ ィ ング の 効 果 が 重 要 で あ る 。 そ れ は 、GTR
の ス プ レ ッデ ィ ン グ が 状 態 密 度 の 高 い 二 粒 子 一
二 空 孔 状 態 と強 い相 互 作 用
を 介 し て 結 合 す る た め で あ る 。 こ の こ と は 実 験 的 に 得 られ たGTRの
崩 壊 の 分 岐 比 が4.9土1.3%し
Colδe惚
か な い と い う結 果 と一 致 し て い る 。
乙 とUdagawae惚1.[41]は
ス プ レ ッデ ィ ング の 効 果 を 半 現 象
論 的 に 導 入 し た 理 論 計 算 に よ り、GTRの
強 度 は 和 則 の 約60%に
相 当 し 、GTRの
効 果 が あ る こ と を 示 し た 。Co16ε
関 数 を 用 い た 計 算 で は 、GTRの
も2MeVか
ら3MeV高
陽子
中 央 部 の バ ン プ に 含 ま れ るGT
全 巾 及 び 励 起 エ ネ ル ギ ー に大 き な
オα1.に よ る 純 粋 なHartree-Fock波
動
励 起 エ ネル ギ ー が 実 験 で 得 られ た値 よ り
い 値 を示 して い て 、 陽 子 崩 壊 の 分 岐 比 を 大 き く
見 積 も る 傾 向 が あ る 。 現 象 論 的 な 中 性 子 のS因
子 と、陽子 の放 出 エ ネル
ギ ー を 用 い る こ と に よ り、 陽 子 崩 壊 の 分 岐 比 は 実 験 に 近 ず き 、SGII相
作 用 を 用 い た 計 算 は よ く実 験 値 を再 現 し て い る 。 し か し 、IASに
はSGII相
互
対 して
互 作 用 を用 い た 計 算 は 分 岐 比 を小 さ く見 積 も っ て お り必 ず し も
コ ン シ ス テ ン トで な い 。4 .2章 で も述 べ た よ う に 、 コ イ ン シ デ ン ス ス ペ ク
ト ル のGTRの
中 央 値 の シ フ トは 、 ク ー ロ ン障 壁 や 、遠 心 力 障 壁 に よ り
低 い エ ネ ル ギ ー の 陽 子 放 出 が 抑 制 さ れ る こ と に よ り起 こ る 可 能 性 が あ り、
GTRの
陽 子 崩 壊 の 分 岐 比 はGTRの
励 起 エ ネ ル ギ ー に 敏 感 で あ る と考 え
られ る 。 し た が っ て 理 論 計 算 に お い て も 、GT強
度 の励 起 エ ネ ル ギ ー分 布
が 陽 子 崩 壊 の 分 岐 比 に影 響 が あ る と考 え られ る。
近 年 のMuravievとUrinに
GTRの
よ るcontinuum乱
雑位 相 近 似 に基 づ く
陽 子 崩 壊 巾 の 理 論 計 算 に よ る と[42]、 陽 子 放 出 エ ネ ル ギ ー に 現 象
論 的 な 値 を 用 い 、Landau-Migdal力
の 強 さ を 、g'=1.2と
ね 実 験 値 を再 現 す る 。 しか し、g'=L4と
す る と、おお む
す る と 、 さ ら に よ く実 験 値 を 再
現 す る 。 し か し 、 こ の よ う な 傾 向 は 一 般 的 に 用 い られ る 値[16]と
Udagawadα1.は
異 な る。
ス プ レデ ィ ング効 果 を虚 数 部 の 光 学 ポ テ ン シ ャル に
よ り取 り込 ん だcontinuumTDAに
基 づ く理 論 計 算 に よ り得 ら れ たGT強
度 の 分 布 が 二 粒 子 一二 空 孔 状 態 ま で を 陽 に 扱 っ たRPA計
35
算 に よ るGT強
度 分 布[15】 と よ く対 応 し て い る こ と を 指 摘 し て い る 。 こ の こ と はGT強
度 の ク エ ンチ ン グ の 問 題 の 理 解 と 同 様 に 巨 大 共 鳴 の 緩 和 の 過 程 の 理 解 に
も二 粒 子 一
二 空 孔 状 態 の 陽 な 取 り扱 い が 重 要 で あ る こ と を示 して い る 。
spindipole共
鳴 の207Pbの
各 中性 子 空 孔 状 態 へ の 部 分 崩 壊 巾 は 、 エ
ネ ル ギ ー の 高 い 陽 子 の エ ネ ル ギ ー分 解 能 が 十 分 で な か っ た た め に 、 分 離
す る こ と が 出 来 な か っ た 。 しか し 、SDRの
はGTRと
各 中性 子 空 孔 状 態 へ の 分 岐 比
は 大 き く異 な っ て い る 。1i13/1と2f7/2は よ り強 く分 布 して お り 、
3p1/2は 弱 い と い う傾 向 が あ る 。 さ ら に コ イ ン シ デ ン ス の ス ペ ク トル か ら
決 定 し たSDRの
陽 子 崩 壊 の 分 岐 比 は 、14.1土4.2%で
の 共 鳴 だ と 仮 定 す れ ば 、 そ の 巾 は8。7士0.35MeVと
り陽 子 崩 壊 巾 は1.18士0.35MeVと
バ ン プ は3つ
一つ
な る 。 し か し な が ら実 際 に はSDRの
の ス ピ ン成 分(0-,1-,2-)か
ら成 り立 っ て お り、 そ れ ぞ れ
の 励 起 エ ネ ル ギ ー はE。(0-)>E。(1-)>E。(2-)と
れ る 。 こ れ ら の(0-,1-,2-)の
あ り、SDRを
なるの で 、 これ に よ
な っ て い る と考 え ら
成 分 を シ ン グ ル ス の の ス ペ ク トル か ら 実
験 的 に分 離 す る こ とは 出来 なか っ た 。 また 、 コ イ ン シデ ン ス の ス ペ ク ト
ル か ら も崩 壊 陽 子 の 測 定 角 度 が 二 点 と少 な か っ た の で 分 離 す る こ と が 出
来 な か っ た.し
か し、 さ ら に 多 く の 角 度 点 で 陽 子 を 測 定 す れ ば シ ン グ ル
ス の ス ペ ク トル で は 分 離 し得 な いSDRの
角 度 相 関 関 数 か ら 中 間 状 態 のSDRの
ス ピ ン成 分 が 、t粒 子 と 陽 子 の
ス ピン成 分 を分 離 で き る も の と期 待
さ れ 、今 後 の 課 題 で あ る と い え る 。SDRの
全 陽 子 崩 壊 の 分 岐 比 は 、GTR
と比 較 して か な り大 き い 。 こ の こ と は 、 定 性 的 に は 放 出 さ れ る 陽 子 の エ
ネ ル ギ ー が 高 く、 ク ー ロ ン 障 壁 や 遠 心 力 障 壁 を 越 え る の に 十 分 な エ ネ ル
ギ ー を 持 っ て い る た め と考 え られ る 。 ま た 、1hg/2中 性 子 空 孔 状 態 へ 崩 壊
す る 幅 の広 い ロ ー カ ス も有 り、理 論 的 な解 析 が 望 まれ る 。
36
6結
論
入 射 エ ネ ル ギ ー450MeVの3Heビ
測 定 し 、isobaricanalog状
ー ム を 用 い て208Pb(3He,tp)反
態 、Gamow-Teller共
の 陽 子 崩 壊 を 測 定 し た 、0度
鳴 、spindipole共
近 傍 の 超 前 方 に 散 乱 さ れ たt粒
応 を
鳴 か ら
子 の エ ネル
ギ ー を電 磁 石 ス ペ ク トロ グ ラ フ で測 定 し、後 方 角 度 に置 い た半 導 体 検 出
器 で 崩 壊 陽 子 の エ ネ ル ギ ー を 測 定 した 。
本 研 究 に よ り 、 初 め て208BiのGamow-Teller巨
大 共 鳴 か らの 陽 子 崩 壊
の 分 岐 比 を 決 定 し た 。 得 ら れ た 分 岐 比 は 、4.9士1.3%で
あ っ た 。207Pb
中 性 子 空 孔 状 態 へ の 部 分 陽 子 崩 壊 巾 は 、58.4土11.2keV(rlp1/2)、101.5
土15・6k・V(rl,3/、+r;∫,/、)・8・3士9・2k・V(rl、
(r;∫7/2)・
、、/,)・15・6±7・4k・V
で あ る 。
同 時 に 測 定 したisobaricanalog状
態 か らの部 分 陽 子 崩 壊 巾 は 、過 去 の
デ ー タ に よ く一 致 し た 。con七inuum舌L雑
近 似 に 基 づ く理 論 計 算 も よ くIASか
の こ と はIASの
一 方 、GTRか
位 相 近 似 お よ び 、Ta㎜
一Danco貸
ら の 部 分 陽 子 崩 壊 巾 を再 現 す る 。 こ
微 視 的構造 の理 解 が 十 分 な され て い る こ と を意 味 す る 。
ら の 陽 子 崩 壊 巾 は 、 入 射 エ ネ ル ギ ー81MeVで
得 られ
た 過 去 の デ ー タ と は 全 く異 な っ て い る 。 こ れ は 以 前 の 結 果 が 低 い 入 射 エ
ネ ル ギ ー で 得 られ た も の で 、Gam・w-Teller遷
移 の 励 起 が 十 分 で な く、 多
殺 階 過 程 な ど の 混 入 を 分 離 す る こ とが 容 易 で は な か っ た た め と 考 え ら れ
る 。 ス プ レ ッデ ィ ン グ の 効 果 を 取 り込 ん だcontinuumTamm-DancoH近
似 に 基 づ く理 論 計 算 は お お む ね 今 回 の 実 験 値 を 再 現 す る 。
ス ピ ン ・ア イ ソ ス ピ ン 巨 大 共 鳴 か ら の 陽 子 崩 壊 は 、 巨 大 共 鳴 か ら の 直
接 崩 壊 と、 明 確 な対 応 を して い る 。 した が っ て 、 共 鳴 の 崩 壊 過 程 を記 述
す る 巨 大 共 鳴 の微 視 的 構 造 論 の妥 当性 を評 価 す る 上 で 、非 常 に 厳 しい 制
限 を与 え る 。
本 研 究 に よ り、208BiのGamow-Teller巨
大 共 鳴 か らの 直 接 陽 子 崩 壊 の
測 定 が 確 立 さ れ 、 今 後 さ ら に ス ピ ン ・ア イ ソ ス ピ ン 共 鳴 の 微 視 的 構 造 の
研 究 が 進 展 す る こ とが期 待 され る 。
37
謝辞
こ の 研 究 を進 め る に 当 た り、 多 くの 方 々 か ら ご 指 導 、 ご 協 力 を い た だ
き 感 謝 い た し ます 。
阪 大 核 物 理 研 究 セ ン タ ー の 藤 原 守 先 生 、 ミ シ ガ ン 大 学 のJ.Janecke先
生 、 オ ラ ン ダKVIのN.M.Harakeh先
生 に は 実 験 、 解 析 を 通 じて 多 大 な
ご 指 導 、 ご 助 言 、 ご協 力 を い た だ き 、 心 か ら感 謝 い た し ま す 。
有 益 な ご指 導 、 ご助 言 を い た だ い た 大 阪 大 学 核 物 理 セ ン タ ー 長 江 尻 宏
泰 先 生 に 心 か ら感 謝 い た し ま す 。
共 同 実 験 者 と し て 、 惜 しみ な い ご 協 力 を い た だ い た 、M。B,Green五eld
先 生 、 鹿 取 謙 二 先 生 、 田 中 正 義 先 生 、酒 井 英 行 先 生 、 中 山 信 太 郎 先 生 、藤
田佳 孝 先 生 、与 曽井 優 先 生 、酒 見 泰 寛 氏 、 猪 股 亨 氏 、大 東 出氏 に 心 か ら
感 謝 い た します。
実 験 遂 行 に 当 た り、 ご 協 力 い た だ い た 細 野 和 彦 先 生 、 野 呂 哲 夫 先 生 、
畑 中吉 治 先 生 、外 川 浩 章 先 生 ほか 阪 大 核 物 理 研 究 セ ン タ ー の 方 々 に心 か
ら感 謝 い た します 。
原 子 核 物 理 学 研 究 室 の 今 井 憲 一 先 生 、坂 口 治 隆 先 生 、 中 村 正 信 先 生 、村
上 哲 也 先 生 に は 多 くの ご指 導 、 ご助 言 を い た だ き心 か ら感 謝 い た し ま す 。
最 後 に 、 多 くの ご指 導 、 ご 助 言 を い た だ い た 小 林 農 作 先 生 に 心 か ら 感
謝 し ます 。
38
0=oo
4000
2000
ξ20
コ
o
Q4000
∈)=10
2000
0
420
430440
450
Et(MeV)
図1:E・H,=450MeV208Pb(3He,t)反
度 を 中 心 に 横 士7縦
ル 。450MeVの
よ る3He+粒
応 の エ ネ ル ギ ー ス ペ ク ト ル 。a)は0
土10mrの
範 囲 にゲ ー トを か け た エ ネ ル ギ ー ス ペ ク ト
鋭 い ピ ー ク は タ ー ゲ ッ トで の ア ト ミ ッ ク な 電 荷 交 換 反 応 に
子 。b)は1度
を 中 心 に 横 士7縦
土10mrの
範 囲 にゲ ー トをか け
た エ ネ ル ギ ー ス ペ ク ト ル 。 実 線 は フ ィ ッ ト の 結 果 、 破 線 はGamow.Teller
巨 大 共 鳴(GTR)・
dipole共
鳴(SDR)、
点 線 はisobaricanalog状
実 線 は 準 弾 性 散 乱(QF)を
40
態(IAS)、
表す 。
一 点 鎖 線 はspin
500
400
て,。 。
…
書
;200
lOO
0
IOO200300
400500600
700
ElMeV}
図2:有
効 核 力 の 理 論[18]に
よ る核 子 核 相 互 作 用 中心 力 項 の エ ネ ル ギ ー
依存 性 。
1414C(
P,n)NθL・
60HeV
。'
L20HeV
L60HeV
200HeV
647卜{eV
P・95
1+__._
一
一
内
一
一_
一
一_
一
一
一
一
一
一
一
■
一
一
一
〇
,
(IAS)
12.ユ1
＼0+
噸
「
＼
幽
、.
、
、
、
、
93
＼
↓
'
kA
、
一
「
1査
一 ●
、'
「
一,
噛
酋
『一
一
一
一
一
〇
Lへ 一
,
図3=様
々 な 入 射 エ ネ ル ギ ー で の0度
ペ ク ト ル[20]。
で の14C(3He,七)反
縦 軸 はGamow-Teller準
位(E
ある。
41
応 のエ ネルギ ース
。=3.95MeV)に
規 格 化 して
Decayf士omGTRingONb
120
(ま )`︺で嘱
>P h尉O①([
100
80
60
40
20
0
6
8101214
16
ExcitationEnergy(MeV)
図4:統
計 モ デ ル に よ る ツ崩 壊 、 陽 子 崩 壊 、 中 性 子 崩 壊 の 分 岐 比 の シ ミ ュ
レ ー シ ョ ン。
20304050m
図5:RCNP加
速 器 施 設 の 全 体 図 ・ 上 中 央 がGrandRaidenの
て い る 西 実 験 室(WN)
42
設 置 され
図6:GrandRaidenの
全 体 図 。 入 射 し た3He++ビ
ー ム はDl電
3He++
target
図7:SSDの
塚
SSD
3Hebeam
散 乱 槽 内 の配 置 図
σっ寸
磁 石 内の
璽睡
止 めた 。
餌 認㏄
FaradayCupで
00くk
一
-
DEV
}
一
一
一
CFDM,丁.
ADCTDC
一
一
一
一=甘
幽一
;
=
二
=
`■㎏
6d・
`畢■`
1
.
L
10"dd己y
OR
㎜
1幽
一 食h
5ch
Srobc
lnpulRcgl5巳
乱 槽 内SSDの
闇
FIFO
CPUOu5yEND
一
一
一 コ
一
一
一
一
ロ
GDG
團
∬D
S.Amp.LGSADC
Sampl。Ac【
巳
叩1
￠Pl
DELAY
τ下ACFDFIFO
3-k、
Evc飢R閃u闘
Ev6n艦A㏄
Coi㏄,EvenlAc㏄
CI伍kA`」
CloackR叫
Coin丁"98ロ
GR ADCGA丁E
GRτDCSTART
SSDTDCSTART
F笛ICIc訂
Somplc￠v。n雷Td88er
'∬DADCS㈹t罵
一 ・6
回路計系 の模式図
μ
朕
F『0
}
沼
1500
01000
(⊃
500
Prompt
＼
Channe1
子 と 、SSDで
Subtractedrandom
background
050010001500
点 面 で 測 定 さ れ たt粒
測定 された陽子 との、 タイ ミ
ン グ の ヒ ス ト グ ラ ム 。 中 央 の ピ ー ク は プ ロ ン プ トの コ イ ン シ デ ン ス に よ
図9:焦
る 。 プ ロ ン プ トの コ イ ン シ デ ン か ら 差 し引 か れ た チ ャ ン ス コ イ ン シ デ ン
ス の ピー ク を 破線 で 示 して あ る。
寸寸
コ
昌
ANDF圧OGDGANIDGDG
V2馴慶
V膿 の
R.D.F圧0
ト■1N
1/N
G.R,Evcn巳
図8,散
PotentialWire
Anode(Sens)WireChargedParticll
CathodeFoil
Vcath
≒〕A
Van
ool
oビ
惣=:コ
到B
兜o働
..ノoo
…
薫]c
Vcath
。-⊥
i-2
i。1
図10:MWDCの
i+1
内部 構 造
No
。。岩 コoQ
、
No
r
Channel(T)
A
B(丈
。)
C
図11:MWDCの
ド リ フ トス ペ ク トル の 模 式 図 。 図 はX面
一 に ビー ム を入 射 した場 合 の 図
45
全 体 に ほ ぼ均
20
16
_β!3≧ 、2
邑
δ8
4
161412108642
q
100
120
EF450MeV
12C(3且e
980
ぎ
060
40
20
0
02468
E竃(11C)(MeV)
応 の ヒ ス ト グ ラ ム
,tp)11C
專
Eω(12N)(MeV)
図12:12C(3He,tp)反
図13:ス
ペ ク トロ グ ラ フ の 座 標 系
400
200
9
邑
署o
一200
1
0
2
t(hour)
図14:入
射3He++ビ
ー ム の エ ネ ル ギ ー の 時 間 変 動 。 タ ー ゲ ッ ト で の3He++
の 電 子 捕 獲 反 応 に よ る3He+の
約500イ
エ ネ ル ギ ー を ス ペ ク トロ グ ラ フ で 測 定 し 、
ベ ン トの 平 均 を と っ た 。
47
013N3.5MeV
o12Ng・s・O
XE
.s,
1000013Ng
一1000
一2000
一3000
1"1"llllll日11目'1・
x
一
各
i
…
8
x
aOx32nd
て「1 一
X
一
:x國
一 噛
日
■
■
=
■
馴
:
:
,
圃
:
=
:
=
一 「目
…
ー
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
一昏 一
…
……
…
÷ニ
…
← 一 一 一 → ← 一 一 一◎ 一 一 一 ← ←
卜
1Hhlllllll日11口ll,n
204060
8000
6000
碧
琴
04000
2000
0
3H
,IASSDR
430
4202欝
10
応 の エ ネ ル ギ ー ス ペ ク トル の 励 起 エ ネ ル ギ ー と タ ー
E[(MeV)
e+(×1/50)GTR
図16:208Pb(3He,t)反
ゲ ッ ト上 で の 横 方 向 の 散 乱 角 度 の プ ロ ッ ト。 縦 軸 は ス ペ ク ト ロ グ ラ フ の
子 の エ ネ ル ギ ー 。450MeVに
を ピ ー ク と す る バ ン プ はSDRに
よる
。
oO寸
一4000
一60-40-200
A
図15・C(3H・,・)反
応 の 励 起 準 位 の ス ペ ク ト・グ ラ ・ 鮪
面 での位 置 と
触
の相 関
、
・ 縦 軸 は焦 緬
で の 位 置(・ ・1mm/・h)、 横 軸 は 簸
面/,1、)
中 心 軌 道 を 原 点 と し た 散 乱 角 、 横 軸 はt粒
近 の 士1度
あ る め だ っ た ピ ー ク は タ ー ゲ ッ トで の ア ト ミ ッ ク な 荷 電 交 換 反 応 に よ る
3He+粒
子
。EF433MeV付
近 の ピ ー ク はGTRとIASに
よ り、EF428
MeV付
60
一帽d h} ﹀﹄邸旨一咽∩}
ξ
40
20
0
420
430
440
Et(MeV)
図17:450MeVで
の(3He,t)反
応 の エ ネ ル ギ ー ス ペ ク ト ル の0
度 で の角度 分布 。
49
、1、3、5
2000
Odeg.)一(1deg.)
oo
。。岩 コ OQ
10
/
0
420
430
450
440
Et(MeV)
図18:0度
で の208Pb(3He,t)反
応 の エ ネ ル ギ ー ス ペ ク トル か ら1度
ス ペ ク トル を さ し引 い た 図 。 △L=0の
遷 移 で あ るGTRやIASは0度
ピ ー ク と な る た め 正 の 値 と な り、 △L=1の
遷 移 で あ るSDRは1度
での
で
付近で
極 大 とな る た め負 の値 とな る 。
Crosssection
oGTGR
ロIAS
100
曾
≧
邑
ε
10
0.160.180.20.220
.24
fm辱1
図19:208Pb(3He,t)反
の 誤 差 棒 は ・ 全 巾rの
応 の 散 舌L断 面 積 の 角 度 分 布 。GTRに
対 す るq方
向
広 が り に よ る 、 エ ネ ル ギ ー 移 行 量 ωの 広 が り に 対 応
して い る 。
50
(
﹀。Σ )げ
20
420
、
425430
、'5 、
匠﹁
435
二次元 プ
。。崔 口OQ
図21:207Pbの
75
50
25
0
Et(MeV)
とEpの
40
20
420
SDR
430
;
" へ・
7電
﹂雛
﹁﹂
寄 与 を 、 一 点 鎖 線 はSDRの
0=oo
θ=10
440
寄 与 を、
で の208Pb(3He,tp)反
寄 与 を表 す 。
お
応 の ス ペ ク トル 。b)1度
中 性 子 空 孔 状 態 に ゲ ー ト を か け た エ ネ ル ギ ー ス ペ ク トル 。
)
b
0
)a
15
10
60
40
o
取in…Pb(5MeV)㌦(M認)輔
応 の ス ペ ク トル 。a)E、
で の208Pb(3He,tp)反
点 線 はIASの
応 の ス ペ ク ト ル 。 実 線 は フ ィッ ト の 結 果 を 表 し 、 破 線 はGTRの
中 性 子 空 孔 状 態 に ゲ ー ト を か け た エ ネ ル ギ ー ス ペ クa)0度
で の208Pb(3He,tp)反
o
臨
8
目
820
図20=0度
ロ ッ ト。b)207Pbの
トル 。
一e--Odeg
-→ ヨ1deg
-←-2deg
MomentunTransfe「
0.4
ll圏1
ll圏
IIHI'■
唇
=
…
=
,r}}
=
=
一
…
0.3
…
一
__◇_一
〈〉㎜
イ'i
2
0
(マε )び
…
…
一
璽
一
ン
[ヨニニニi.乙
璽
≡
一_一
〔
ノ
∈
コ
8
コ 〆
一
:
篇
}一
→
一 一
i
0.1
曽
一
…
薗
一
ゼ
ー
}
i≡
1■1
0
_、-1,、
1■.冒
ド
05101520
Ex(MeV)
図22:208Pb(3He
,t)反 応 の 小 角 度 散 乱(0。 、1・ 、2。)で
と運 動 量 移 行 量 の 関 係
の励 起 エ ネ ル ギ ー
RatiosofO。(3He,t)CrossSections
σ(1・c_。12N(g」.))OSATURNE
σひ3c-・
ユ3N(3・51))ロIUCF
、
ヨQ・8・RCNP
醒
十一φ一
φ
φ一 一 一 ← 一
§ ・・6
1。4
塁1 φ
一
るo.2
σe3c-・13N(9.・.))
σe3C-13N(3.51))
Energy/Nucleon(MeV)
図23:12C(3He,t)、13C(3He,t)の
}製
轡
散 乱 断 面 積 の 比 の 、 エ ネ ル ギ ー 依 存 性 。
の 以 外 の 値 は ・「e￡[2']か ら と っ た ・70M・V/Aの
52
値1ま ・[57]
」ド
8.0
、〕⊂{P
⊂{P
丁
士{と
↑ 氏、1
⊃H♂ 儒oHく
、nBerq(へvf∼
。n}TRIUNF
日 ⊂{P,n〕IU⊂F
.B〔{】He
。
olし
島
.n}LA卜1PF
,n}LA卜1PF
,t)旦
卵
巳
℃(⊃H￠
▽15N{p
■
/
600
400
0
P3/2+f5/2
400
200
0140160140
P3/2+f5/2
P1/2
160
。うの
protonangle(deg。)
ら の 陽 子 崩 壊 の 、t粒 子 と 崩 壊 陽 子 の 角 度 相 関 。 角
度 は陽子 の散乱角度 。
図25:IAS、GTRか
200
の崔 口oQ
200ら00600
ENER6YPERNU⊂LEON{NeV}
らとった。
散 乱 断 面 積 の 比 か ら求 め ら
以 外 の 値 は 、ref.[211か
図24=13C(3He,t)13Ng.、.、13C(3He,t)13N3.51の
れ る 、IJ。。/」.1。150MeV/Aの
表1:ス
ペ ク ト ロ グ ラ フGrandRaiden設
中心軌道半径
旋回角度
焦点面角度
最大磁気剛性
縦倍率
運動量測定範囲
水平方向立体角
立体角
1620
全偏向角
3m
120cm
焦点 面長 さ
一4。 ∼90。
1.8T
最大磁場
45。
横倍率
運動量分散
5.4T-m
5.98
一〇.417
15.4m
運動量分解能
垂直方向立体角
5%
土20mr
37,000
土70mr
∼5.6mr
表2:MWDCの
o●
計仕 様
仕様
sensltlvearea
1150mmw×45㎜H
cathode-anodespacing
10mm
.
ANODE
X-U-V3anodes
structure
●
senSWlre
20μmAu-W
potentialwire
50μmAu-Cu/Be
anodewirespacing
2mm
■o
sensw1「espac皿g
6mm(X),4mm(U),4mm(V)
wiretiltangle
Oo(X),十48.190,-48.190
numberofsenswire
192each
Voltage
OV(sens),-300V(potentia1)
CATHODE
matter
6μm,10μmcarbon-alamid且lm
Voltage
7kV
gas
Argon(70%)十Iso-Butane(30%)十Isopropyl-Alc1
flame
G-10
gassea1
12.5μmAlamidfilm
.
・
SlZW
1600mmw×445mmH×100mmD
preampli丘er
LeCroy2735DC
TDCreadoutsystem
LeCroy4290System
54
表3:エ
ネ ル ギ ー 校 正 に 用 い た12Cと13Cの
isotope
1
.17
9・s・
0.96
431.62
2,445
430.13
4.15う)
428.41
一2 .239・)
447.76
3,511
444.24
(o+)
13C
9・s
3/2一
表4:得
432.59
.355・)
2+
a)(3He,t)反
E,(MeV)
E∫(MeV)
Jπ
12C
準位
応 のQ値
ら れ たGTR、IAS、SDRの
Resonances
巾 、励 起 エ ネ ル ギ ー 、散 乱 断 面 積
r(MeV)
E。(MeV)
σ。・(mb/sr)
σ、・(mb/sr)
166土23
95土14
10.2士0,7
6.4土0.7
.
1
GTR
15.6土0.2
IAS
3.72士0。25
15.2
SDR
0.23α)
21,1土0.8
112土19
8.4±1.7
a)ref.[49]
表5:13N,12NのB(GT)及
びB(F)
励起準位
B(GT)
B(F)
0.206±0.004α)
LOO
0.83±0.046)
O.00
0.882±0.006
0.00c)
1
13C→13Ng
13C→13N(3
12C→12Ng
.s.
.51MeV)
.s.
a)ref.[55]、b)ref.[56]、c)ref.[58]、
55
表6:理
論 と 、 実 験 で 得 ら れ た208BiのGTRか
ら207Pbの
中性子空孔 状
態 へ 崩 壊 の 分 岐 比 と 、 エ ス ケ ー プ 巾 。 す べ て の 巾 の 単 位 はkeV。
Decay
Eエ α)
(keV)
channel
1
・ef.[40]6)
9)exp
∫)exp
theor
・ef。[40]c)・ef.
[40]d) ・ef.[40]e)
r羨/Pノ)
r↑.
μ
瑠P・)
r↑.
μ
0
0,037
0,022
0,033
0,018
0.132土0.Ol6
570土70
0,018±0.003
2f5/2
570
0,051
0,030
0,013
0,007
incLinp3/2
incl.inp3/2
incLinp3/2
incLinp3/2
3P3/2
898
0,055
0,033
0,035
0,019
0.261土0.069
1130士300
0.027土0.004
101.5土!5.6
1il3/2
1633
0,001
0,001
0,003
0,001
0.411土0.115
1780±500
0.002土0.002
8.3士9.2
2f7/2
2340
0,009
0,005
0,OlO
0,003
0.196土0.069
850士300
0.004土0.002
15.6士7。4
lhg/2
3413
0,001
0,001
0,001
Σ 、rl、/r
0,154
0,092
0,095
α048
∼4330
0.049士0.013
184土49
P
3000
3000
3100
3100
3P1/2
58.4士11.2
<10-3
」
1
α)NuclearDataSheet
6)SIII相
c)SIII相
.
互 作 用 に よる
。 終 状 態 は 純 粋 なHartree-Fock近
似 の結 果 。
互 作用 による
。 エ ネ ル ギ ー お よ び 、波 動 関数 は 現 象 論 的 な値 を
用 い て補 正 さ れ て い る。
d)b)と 同 じ
。 た だ しSGII相
e)c)と 同 じ
。 た だ しSGII相
∫)Ref ,[36]。
9)本
∼1.00
実 験 の結 果 。
互 作 用 に よる 。
互 作 用 に よる 。
4330
3720
表7:理
論 と 、 実 験 で 得 ら れ た208BiのIAsか
ら207Pbの
中性 子 空 孔 状 態
へ 崩 壊 の 分 岐 比 と 、 エ ス ケ ー プ 巾 。 す べ て の 巾 の 単 位 はkeV。
Decay
Eτ α)
channel
(keV)
3P1/2
0
2f5/2
theor
・ef.[40]b)
9)exp
∫)exp
r長/r∫)
r長
r長/pg)P長
・ef.[40]c)
・ef。[40]の
0,346
0237
0,171
0,137
0.224±0.007
51.9±1.6
0.22=ヒ0.0252.3=ヒ5.7
570
0,086
0,061
0,008
0,006
0。114士0.009
24.6土2.0
incLinp3/2incl・inp3/2
3P3/2
898
0,287
0,196
0,198
0,157
0.279士0,015
64.7±3.4
0.34土0.0480.9土9.5
1il3/2
1633
0,011
0,010
0,007
0,006
2f7/2
2340
<10『3
く10-3
0,002
0,004
1hg/2
3413
<10-3
<10-3
.
<10-3
・ef.[40]e)
-0.018土0.003
4.2土0.6
<10-3
0.015士0.0073.6土1.6
η
一
.
Σ酷/r
0,504
0,386
0,310
152
152
99
99
r
0,730
0.63士0,03
α)NuclearDat
6)SIII相
aSheet.
互作用 による
c)SIII相
互作 用 に よる
。 終 状 態 は 純 粋 なHartree-Fock近
。 エ ネ ル ギ ーお よ び 、波 動 関 数 は 現 象 論 的 な値 を
用 い て 補 正 され て い る 。
d)6)と
同 じ
。 た だ しSGII相
e)c)と 同 じ
。 た だ しSGII相
∫)Ref .[59].
9)本
実験 の結 果。
ん)Ref .[49]か
似 の結果 。
ら取 っ た 。
互作用 に よる。
互 作 用 に よ る。
147.2土7.0
232ん)
0.58=ヒ0.09136.8士21.8
232ん)
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