下田研究室 堀稔一 増江俊行 田尻邦彦 共同研究者 小紫順治 長澤拓 西村太樹 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 　　　　　　　　　　　 　　　　増江俊行 田尻邦彦 　　共同研究者 小紫順治 長澤拓 西村太樹 重イオン不安定核 　実験グループ

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

長寿命 なぜアイソマーになるのか？ N=５１の場合 N=５０の魔法数のコア（芯）が壊れて ＜Z=偶数＞ 原子核が変形する 原子核：球形 スピンを大きくしながら 励起した場合 原子核：みかん型 原子核が変形 N＝４８,Z＝偶数のコア + 中性子３

測定原理 生成核 γ線の同時・遅延計測法によって アイソマーを探索 検出器１ 検出器２ γ線が時間差を持って 2台の検出器で観測 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 アイソマー 準位 γ1 γ4 γ2 検出器１ 検出器２ ~fsecで崩壊 ~nsec以上 生成核 γ線が時間差を持って 　　　　　　2台の検出器で観測 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

→RCNP （Research Center of Nuclear Physics） ENコース（東実験室） 実験条件 反応：　 natZn + 40Ar ターゲット 天然のZn　（厚さ 0.0025 ㎜ = 1.8mg/cm2) + バッキング 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

RCNP 東実験室 ENコース AVFサイクロトロン

実験準備 ＜ビームコースの設計＞ １月に本実験 ＊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 　　　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

ビームダンプの配置（ビームを止めるもの） ＊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 ○検出器をできるだけ近づける ○ビーム量を減らす ・統計量を稼ぎたい ○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） ・ビームダンプの架台 ・ダクト支え 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) ターゲット ・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 この実験でできる複合核 実験期間： 2006年 1/11 21:00 ～ 1/13 21:00 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 (49%)　 + 40Ar　→　104Cd* 66Zn (28%)　 + 40Ar　→　106Cd* 67Zn ( 4%)　 + 40Ar　→　107Cd* 68Zn (19%)　 + 40Ar　→　108Cd* 30 18 48 ( ) ： 天然のZnの組成比

〇複合核からの反応過程 高励起状態 中性子 陽子 アルファ粒子 　→　アルファ、陽子、中性子の放出 高エネルギーの γ線 複合核

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 （N=51の場合） （CASCADEより） 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 コインシデンス関係 96RuのLevel scheme 96Ruのγ線と同時計測された スペクトル 　　　　　　　　　　　　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

生成核 アイソマーの探し方 検出器１と検出器２の時間差スペクトル γ１ γ2 検出器１ 検出器２ γ３ γ４ 検出器２が 遅い 早い 同時 ① ② ③ γ３ γ1 アイソマー γ４ counts γ2 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

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 早い 同時 ① ② 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 早い 同時 ① ② ③

９２Moのアイソマーが確認できた！ 既知のアイソマーが確認できた！ 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 早い 同時 ① ② ③ 90Mo：1.12μsec 92Mo：190nsec 94Mo：98nsec 93Tc ：10.2μsec ９２Moのアイソマーが確認できた！ 既知のアイソマーが確認できた！

アイソマーの寿命を求める 結果：２７０ns 寿命からアイソマーを確認 文献値（190~260nsec)と同程度 ９２Moのアイソマーの時間差、検出数のスペクトルのfitting counts 時間差（nsec) 結果：２７０ns 文献値（190~260nsec)と同程度 寿命からアイソマーを確認

未知のアイソマーの可能性あり！ ２４０～６００nsec遅れてコインシデンスしたγ線のスペクトル 遅い 早い 同時 ① ② ③ 青：同定できてない 606keVの核種を同定 未知のアイソマーを探索

未知のアイソマーの探索 94Tｃ 未知のアイソマー可能性あり！ 遅い 早い 同時 ① ② ③ 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 で見えない！ アイソマーはない 残念！！ 未知のアイソマー可能性あり！ 核種の同定できていないγ線

まとめ N＝５１のアイソマーの探索を行った。 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。 ターゲットを自作した。 AVFサイクロトロンからのビーム使った。 natZn + 40Ar（197MeV)の反応でのインビームγ線核分光実験を行った。 １６種の核種を確認した。 既知のアイソマーを確認した。 ９２Moの寿命を求めた。 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