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理研・ BigRIPS での新たな RI 分離法

理研・ BigRIPS での新たな RI 分離法. 2008. 4. 25 NEX コロキウム. 櫻井研　　木村　仁美. 目的. 陽子過剰側の Z≧50 程度の核種について、 BigRIPS における 新たな RI 分離法を開発する。. 不安定核実験をしたい→不安定核を作る 　　　　　　　　　　　　　　　　目的の原子核だけを分離したい 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↑ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　検出器の能力 data taking の能力　　には限界がある. 陽子過剰側の核種 : 核反応の際、摩擦などでエネルギーを失うことがある

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理研・ BigRIPS での新たな RI 分離法

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Presentation Transcript

  1. 理研・BigRIPSでの新たなRI分離法 2008. 4. 25 NEXコロキウム 櫻井研　　木村　仁美

  2. 目的 陽子過剰側のZ≧50程度の核種について、BigRIPSにおける 新たなRI分離法を開発する。 不安定核実験をしたい→不安定核を作る 　　　　　　　　　　　　　　　　目的の原子核だけを分離したい 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↑ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　検出器の能力 data takingの能力　　には限界がある 陽子過剰側の核種 : 核反応の際、摩擦などでエネルギーを失うことがある 　　　　　　　　　　　　　 → 破砕片の運動量分布が低エネルギー側に尾を引く 　 　　　　　　　　　　　　→ 分離の純度が悪く実験が難。　 「磁気剛性」 ρ：回転半径　E：核子あたりの運動エネルギー

  3. １．RIBFとBigRIPSについて ２．RI分離の原理 ３．RIの生成＆分離シミュレーション ４．今年秋（予定）のコミッショニングについて

  4. BigRIPS • RIBF （RIビームファクトリー） : 　　　　　　　　　新たにZ≧50程度の中重核領域における、核構造、核反応の研究 • BigRIPS ： “Big” RIKEN Projectile-fragment Separator 　　　　　　　　 大きなアクセプタンス、超伝導四重極電磁石 → Uビームでの核分裂反応 タンデム型→RIの純度向上(1イベントごとのタギング、RIの2段階分離)

  5. RI分離の原理

  6. RI分離に用いる磁石 1.双極磁石 RIの分離と収束。 による分離。 2．四重極磁石 輸送中に収束させる。 cf. BigRIPS

  7. RIの分離方法 1.エネルギー損失を利用する方法 J. P. Dufour, et al., Nucl. Instr. and Meth. A248(1986)267 Energy lossを利用して磁気剛性を 変化させ、RIを分離。 アクロマテック条件を保持するため くさび形の減衰板を用いる。 2．荷電状態変化を利用する方法 M. Chartier, et al,. Nucl. Phys. A637(1998)3 荷電交換膜 → 荷電状態分布を膜の前後で変化させる stripperで電子を剥ぎ取り、 磁気剛性(Bρ)を変化させる。 backingは水素様イオンを 増やすために用いる。

  8. RIの生成＆分離シミュレーション

  9. シミュレーションの順序と条件 1. 順序 • Wedgeのみを利用する分離 • Stripperのみを利用する分離 • ハイブリッド法 (Stripper → Wedge) 2. 条件 計算コード: LISE++ • 目的核 : 100Sn (N=Z=50, 魔法数) • 生成標的 : 9Be • 1次ビーム : 124Xe54+, 345 MeV/u(β~0.68), 1 pnA(6×109個/s) • 生成反応 : 入射核破砕反応 • 運動量アクセプタンス : ±3% • アクロマティック焦点のスリット : FWTM (右下図)

  10. LISE++ 下のような画面。不安定核の生成・分離・物質との相互作用などを計算。Windows限定。

  11. 100Snの収量　 2.28×10-3 pps 全収量 2.4×103 pps 100Snの純度 9.5×10-7 Wedgeを利用した分離 アイソトープの分離 at F2 アイソトーンの分離 at F2 アイソトーンが混合しやすい

  12. 100Snの収量　 7.9×10-4pps 全収量 6.1×102 pps 100Snの純度 1.3×10-6 Stripperを利用した分離 アイソトーンの分離 at F2 アイソトープの分離 at F2 アイソトープが混合しやすい

  13. ハイブリッド法 (1) BigRIPSはタンデム型なので、2つの分離法を用いれば アイソトープ・アイソトーンとも分離ができて 純度が向上するはず ハイブリッド法 : 荷電交換反応 → エネルギー損失

  14. ハイブリッド法 (2) ハイブリッド法 F1 : Nb (10mg/cm2) F5 : Al (200mg/cm2) Wedgeのみ F1 : Al (400mg/cm2) Stripperのみ F1 : Nb (10mg/cm2) 確かに、アイソトープ・アイソトーンとも分離できている。

  15. ハイブリッド法 (3) 1次ビーム強度が1 pnAのときの結果 従来のWedgeのみを利用していた場合と比較して、 全収量 : 200分の1、純度 : 60倍向上

  16. ハイブリッド法 (4) 実験条件は、1次ビーム強度と全収量で決まる。 条件：1次ビーム1.0×103 pnA以下、全収量1.0×105 pps以下 cf. 過去の100Snの実験

  17. ここまでのまとめ • 100Snを目的核とし、LISE++を用いてシミュレーションを行った。 • Wedgeを用いた分離ではアイソトーンの分離に難。 • Stripperを用いた分離ではアイソトープの分離に難。 • Stripperによる分離、Wedgeによる分離を順に行ったハイブリッド法では両者の利点を活かすことができ、従来の方法と比べて純度を最大60倍向上させることが可能。 BigRIPSがタンデム型であることを活かし、 Z≧50程度の陽子過剰側の核種に対する新たなRI分離法であるハイブリッド法を開発。

  18. 今年秋（予定）のコミッショニングについて

  19. これまでのコミッショニング 現状 • BigRIPSは現在コミッショニング中。 　　　　　コミッショニングで加速した原子核は、86Kr36+と238U86+の2種類。 2007年5月に、新しいRIの125Pd, 126Pd（Z=46, N=79, 80）を発見。 　　　　　 　　　　　コミッショニングでの1次ビーム強度はKrで2~3 pnA、Uで0.01 pnA程度。 • まだ124Xeの加速実験は行われていない。 今後 • Uビームを使って無理やり陽子過剰側の原子核を生成し、 • 　　ハイブリッド法が本当に良いかどうか実験する予定（今年秋）。 • いつか、100Snの実験もする。

  20. 今回のコミッショニング コミッショニングは9月末～  BigRIPS, ZDSのOptics check など New Isotope search • コミッショニング中に、ハイブリッド法の有用性を確認するための実験を行う。 • 1次ビームは238U86+, エネルギー345MeV/u, 強度は0.3 pnA程度の予定。 実験準備 1. 目的核の選択 2. F1 / F5に設置するものの選択 3. 標的直下のbacking  やるかやらないか？ 　　　　 やるとしたら何をどうやって設置するか？ 4. 具体的な実験メニューの設定 ここまで終了 現在考え中 これから

  21. 決定事項 1. 目的核は113Snとする。 理由 ・やはりSnのアイソトープを狙うのが良いだろう。 　　・112Inのアイソマー (T1/2 = 2.81 us) をPIの目安に使用したい。 2. 3つの分離方法の比較をする。純度ではなく、いかに “ごみ” を分離できるかを重要視。 　　今回は典型的な分離方法の比較をしたいので、特に条件の最適化（WedgeやStripper 　　の厚み、材質 etc.）は行わない予定。 2ヶ所の焦点面F1, F5に設置するものは、次の通りとする。

  22. 分離シミュレーション結果 1次ビーム : 238U86+, 345 MeV/u, 1 pnA 生成標的　: Be 4.5mm(入射核破砕反応) 運動量acceptance : ±3% ＊backingとしてTa 10mg/cm2を用いた ハイブリッド法 Wedgeのみ Stripperのみ ハイブリッド法ではアイソトープ、アイソトーンとも分離できて、全収量が減少。

  23. コミッショニングの流れ（予定） 　　　 夏　　　　　　　　 秋　　　　　　　　　　　　　　　　 ――＋――――――＋――――――― 生成標的とBackingを決定 具体的な実験メニュー作り コミッショニング実験　→　BigRIPS commissioning ZDS commissioning New isotope search ↓ 解析など どうぞお楽しみに。

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