天体核反応測定のための イオンチェンバー開発

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1 天体核反応測定のための イオンチェンバー開発
九州大学理学府物理学専攻 三皷達輝　藤田訓裕　相良建至　 山口祐幸　松田沙矢香　岩崎諒　 Maria Theodora Rosary　劉盛進　寺西高

2 1,天体核反応測定 2,イオンチェンバー 3,テスト実験 4,まとめと今後

3 1.天体核反応測定 4He(12C,16O)gの断面積測定を行っている。 この反応は天体ではE㎝=0.3MeVで起こっており
1.5MeVで16Oを分離し測定することに成功。 →しかし、さらに低エネルギーで測定するにはBGを低減する必要がある。 (0.7MeV測定にはあと３桁低減) 大量のBGの原因は12Cである。

4 考えられるBG低減方法 技術的に不可能 Electric Deflectorを追加 →実験室にスペースがない
　→実験室にスペースがない 検出器直前でのTOF(Time Of Flight) 　→大面積のCarbon-foil 　　 フォーカス 12Cと16Oのエネルギー損失の差を利用 壁 ここに追加したい 技術的に不可能 C-foil S D e-

5 この差を用いて12Cと16Oを分離する。 2.イオンチェンバー エネルギー損失の例 1cmあたりのΔE→12C:0.15MeV
50mm 52mm エネルギー損失の例 30TorrPRgas(Ar+CH４) E+ΔE=4.5MeV 　　　　　　12C,16O E(=4.5MeV-ΔE) e-e-e-e- 1cmあたりのΔE→12C:0.15MeV 　　　　　　　　　　 　16O:0.33MeV この差を用いて12Cと16Oを分離する。

6 ΔE E+ΔE 構造と仕組み 16O 12C 12Cと16Oの分離(シュミレーション) V ΔE E cathode grid anode
142mm cathode 12C,16O S D e- e- e- e- 50mm 150mm V grid 5mm PRgas(Ar+CH４) anode ΔE E 12Cと16Oの分離(シュミレーション) ΔE 16O ΔE 12C BG reject E+ΔE

7 これらの特徴を持つ S イオンチェンバーの作成は 容易ではない!! D 特徴 12C,16O 30Torr PRgas V 45mm
③低圧力 　入射エネルギーが低いため 　圧力が高いとSSDまで届かない。 特徴 12C,16O これらの特徴を持つ 　　イオンチェンバーの作成は 　　　　　　　　　　　　　　容易ではない!! 30Torr S D 45mm PRgas V ②薄いPET膜(0.9μm、0.5μm) 　低エネルギービームが 　入口の膜でエネルギーを 　おとさないようにするため。 ④SSD 　エネルギー分解能と 　時間分解能が必要。 ①大口径 　入射する16Oが広がっているため、 　大口径でなくてはならない。

8 [問題①]放電 6 イ ン チ cathode S D 4 イ ン チ V

9 [問題②]分解能 リザーバタンク [ノイズ対策] 信号を伝えるケーブルをアースにつなぐ。 anodeをグランドで囲う。 ΔE
以前のテスト実験では分解能が悪く 12Cと16Oを分離することができなかった。 E+ΔE ガスがPET膜を透過し 圧力が変わる。→ΔEが変動 イオンチェンバー リザーバタンク 　[ノイズ対策] 信号を伝えるケーブルをアースにつなぐ。 anodeをグランドで囲う。 ボンベ

10 3.テスト実験 大型散乱槽にてテスト実験を行った [測定条件] ①電圧(cath:grid=1450:450～300:100)
　[測定条件] ①電圧(cath:grid=1450:450～300:100) ②粒子の入射位置 ③角度(37.5°,45°) スリット Ion chamber 12C,16O 9.6MeV16Obeam 　　　　　　 8nA 40° 7μg/cm2C-foil

11 電圧による変化 目的:適切な電圧を調べる 電圧が高いと電子が増幅 →300V:100V程度で良い 1200V:300V 300V:100V
ΔE ΔE 300V:100V E+ΔE 1200V:300V E+ΔE S D 電子収集量 電圧が高いと電子が増幅 →300V:100V程度で良い 電圧

12 ビーム入射位置による変化 目的:位置依存性を調べる。 ビームの入射位置を変えても ΔEは変わらない。 →入射位置に関わらず測定できる。 ④
イオンチェンバー 目的:位置依存性を調べる。 ④ 2 Beam 4 1 5 3 12C スリット ΔE ビームの入射位置を変えても ΔEは変わらない。 →入射位置に関わらず測定できる。 ⑤ 12C ΔE

13 同じエネルギーでも 分離できる! 角度を変えた測定 45° 37.5° 目的:同じエネルギーの12Cと16Oが分離できるか調べる。 16O
角度(°) E12C(MeV) E16O(MeV) 37.5 40 45 同じエネルギーでも 分離できる! 45° 37.5° 16O 12C

14 イオンチェンバーによる 12Cと16Oの分離に成功!! BGの12Cが除去できる!

15 4．まとめと今後 BG低減のためのイオンチェンバーを開発した。 放電、分解能などの問題を解決し 12Cと16Oが分離できるようになった。
本測定を行えるようにビームコースに設置。 イオンチェンバーを用いたEcm=1.5MeVの再測定。 Ecm=1.15MeV以下の測定。 イオンチェンバーでBGを 　あと3桁低減出来れば 　0.7MeVまで測定できる。　 →近々実験予定！ Ruhr U. Kyushu U. extrapolation