アクティブターゲット開発.

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1 アクティブターゲット開発

2 メンバー 山口 道正 郡司 大田 橋本 秋元 浜垣 久保野 上坂

3 今日のメニュー はじめに 想定している実験 (大田) 現段階の設計 予算項目の確認 (道正) 作業の分担とタイムスケジュール (大田)
基本性能のデザインバリュー、本体 (秋元) 回路およびデータ収集系について (大田) 予算項目の確認 (道正) 作業の分担とタイムスケジュール (大田) ヒアリングでの発表内容・発表者 今後の進め方

4 はじめに 今年度 2台制作 回路を共有する 技術・人材交流 (研究室の枠を超えて) ビーム測定あり (橋本) ビーム測定なし (秋元)
足りないマンパワーを補い合う

5 想定している実験 非弾性散乱 荷電交換反応 核子移行反応 (p,p’) 陽子ドリップライン近傍核 (a,a’) 非圧縮率
(d,2He) B(GT-) (3He,3H) B(GT+), ダイニュートロン 核子移行反応 (a,p) 宇宙核物理(νp-processや hot CNO) (3He,4He) 核内中性子運動量(ダイニュートロン)

6 現状 (橋本)

7 (α, p)測定用GEM – MSTPCの要求と設計
・分解能 x,y,z:　～4 mm以下 　 ΔE: ～10%　（σ） ・ビームおよび反挑粒子は従来通り測る 　　　→高強度（105～106 pps）のビームの打ち込み下でも安定動作 ・CRIBのビーム径　～20 mmφを受け切れる大きさ。　 ・He + CO2(10%)の混合ガス、120 torrの環境下で 　アクティブ領域内でビームと反跳粒子を止める 　　　→ビーム軸方向に長さ190 mm必要 ・ヘリウムガスは放電に弱い。 　100 torr前後では250V/cm程度で放電を初めてしまう 　　　→　電子のドリフト速度が一定(約3cm/μsec)になる電場（1.5kV/cm/atm）から ドリフト領域高さとしては10 cm程度が限界 ・陽子もガス検出器で測りたい　 　　　→エネルギー損失の100倍違う粒子を同時測定 運動学を用いてAまで識別可能

8 セットアップのイメージ 10 cm 105～106の入射レートに耐える 中心部に対して 100倍程度のガスゲイン さらに…
低圧で、かつHe主体のガスで動作させる必要有り　→　TGEMの使用 チャンネル数をあまり増やしたくない（回路数の問題）　→　バックギャモンタイプのリードアウト Si検出器の併用　→　gating gridはノイズの関係で難しそう。当面見送り。

9 ・バックギャモンパターンでΔx ～ 1 mmは可能 ・pad幅は4 mm ・y方向分解能は後述 ・重イオンと陽子の測定領域を分け、
実際の図面 ・バックギャモンパターンでΔx ～ 1 mmは可能 ・pad幅は4 mm ・y方向分解能は後述 ・重イオンと陽子の測定領域を分け、 　異なるガスゲインで測定 　TGEM2枚で増幅をかけると 　エネルギー分解能は10％後半まで劣化すると言う 　報告もあるが 　pとαが分かれれば良いのでとりあえずOK（要テスト） 234 295 192 32 278 10 ビーム径 100 GEM (増幅用） GEM (シールド用）

10 これまでに判っている特性 (TGEM) ガス増幅度 増幅度の 安定性 Gain stability Original thick GEM
He(90%) + CO2(10%)、120 torrでの動作テスト 400 μm 2.5 ガス増幅度 400 mm single 50 mm single 50 mm double 増幅度の 安定性 300 μm Gain stability 700 μm counts 2.0 He + CO2(10%) 120 torr 13C beam (ΔE ～150 keV) 1.5 Relative pulse height 1.0 500 μm 0.5 8% (σ) 400μm 500 μm NEW thick GEM 700 μm 100 200 300 Time (min) ΔE　(ch)

11 Y方向分解能はドリフトフィールドの安定性に依存
10 cmのフィールド長さで1 mmの分解能　→　歪みは1%程度まで許容 高レートビーム入射下では… 　　　1. ビームの電離由来の陽イオンによる電場の歪み 　　　2. GEMからのイオンフィードバックによる電場の歪み SSDを回りに置くと… 　　　3. SSDの電場の干渉によるドリフト電場の歪み が影響する。 1について 　ED = 1.5 kV/cm/atmとすると120 torrでは 　230 V/cmの電場 　ビームの電離で生成される陽イオン 　　18Neのエネルギー損失　～125 keV/mm W値　～　42.5 eV 　　 なので、生成されるイオン対 N ～ 2.9x103個/mm イオンの移動度　μ = 2510cm2torr/s/Vから 　　 移動速度 v = 4810 cm/sec　 よってビーム強度106ppsの時、ドリフト領域での平均電荷密度 　　 ρ = 106・N /v ・1.6x10-19 = 9.4x10-11 C/cm3 　　 この電荷が作る電場　E = 2.7 V/cm 1.1%程度

12 2について Ion feed backを実測 目標：IFB=0.1%程度 Top シールド用GEM無しで22％あったものを
GEM = 480 [V] GEM = 90 [V] GEM = 120 [V] シールド用GEM無しで22％あったものを 4%まで低下させた。 ＩＦB＝4% まだ不足！ 106ppsの打ち込みでは40%近く歪む 105pps程度の打ち込みで4% 位置分解能で4mmなので 現状ではこの辺りが限界 もう少し最適化できるか？ 出来ない場合はどうするか？ 0 [V] = 0 [kV/cm/atm] 80 [V] = 2.5 [kV/cm/atm] Pad = 150 [V]

13 2について IFBが低減できない場合の対策案 こんなパターンのGEMの検討の必要性あり？
（arXiv: v1 [physics ins-det.]25 Jun 2007） Micro- Hole and Strip Plate (MHSP) 積極的に陽イオンをストリップに誘導する電場を作る IFB～0.01%まで落ちたようだ。 剥き出しの絶縁部のチャージアップによるゲイン変動が心配 試してみる価値はあるかも。

14 現状で106pps打ち込みでのフィールドの歪み
３について ワイヤの外側1cmの所にSiを置くとして、電場計算 天板：2600V (1.6 kV/cm/atm) ワイヤピッチとワイヤ間隔を振って、電場の動きを見る 幅20 mm, ピッチ 10mm 幅10 mm, ピッチ 10mm 幅10 mm, ピッチ 5mm Si有り Si無し Field (relative value) Si有り Si有り 1%以下の歪みを実現可能 Position (mm) Position (mm) Position (mm) 現状で106pps打ち込みでのフィールドの歪み 1.1% + 40% + 0.8% =40% 105pps打ち込みならば 1.1% + 4% + 0.8% =4% 許容範囲内 いずれにしてもIFBで決まってしまう ただし、TRIACでのテスト実験では2x105ppsまではフィールドの変化は観測されなかった

15 読み出し アナログ出力のある多チャンネルのプリアンプ必要 パイルアップを考えると、時定数のある程度速い物 （速過ぎても駄目）
　パイルアップを考えると、時定数のある程度速い物　（速過ぎても駄目） 林栄精器で適当なものを扱っていました こちらで発注予定 一台48,600円と かなりお安く入る。

16 DAQ ・新規にモジュールから作る余裕は無い → 既成の物で動作実績のあるもの
・新規にモジュールから作る余裕は無い　→　既成の物で動作実績のあるもの ・高レート、大データ転送量に耐える　　　 →　パイプライン化されているものが好ましい ・回路のストックや システム製作のサポートがあるもの →　万一のときの対策とマンパワーの削減 ・価格　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ・KEK宮武グループ、 大阪電気通信大の福田研および　　 　 溝井研との兼ね合い COmmon Pipelined Platform for Electronics Readout　 （COPPER） systemがベストか 既製品であり、BELLEや阪大での導入実績有り パイプライン読み出しに対応。低デットタイムで高レート実験に適応可。 KEKにBELLE実験用のストックあり。万一のときは借りられる。 また、KEKのオンライングループのサポートあり FADCで150ch全て新規にそろえて、4万円/ch。 べらぼうに高価ではない（むしろ安い？） KEK宮武グループでも導入を検討。部分的に購入済み

17 Detector どんなものか？ 今回のDAQでは FINESSカードはFADC（8ch, 12bit, 65 MHz) DATA
FINNES FIFO Local bus Zero suppress etc.. VME FINNES FIFO Detector CPU board CF memory FINNES FIFO FINNES FIFO Ethernet Trigger module COPPERボード trigger Network SW Event build イベントビルドや現有のシステムとの同期に関しては DAQ依存なので要開発 COPPER COPPER COPPER COPPER COPPER 共通部分なので共同でやりましょう（by 大田） ９U VMEラック

18 スケジュール 項目 5月 6月 ７月 8月 9月 10月 11月 12月 1月 2月 TPC 納品 ガス 発注 納品 チェンバー 発注 納品
項目　　　　　　　　　　5月　　6月　　７月　　8月　　9月　　10月　　11月　　12月　　1月　　2月 TPC　　　　　　　　　　　　　　　納品 ガス　　　　　　　　　　　発注　納品 チェンバー 　発注　納品 読み出し系　　　　　　 　プリアンプ　　　　　　発注　 納品　 　DAQ 　　VMEクレート　　　　発注　 納品 　　VMEファン　　　　　発注　 納品 　　COPPERボード　　 既存 　　FADC 発注　　 納品 　　trigger module　　発注　　納品 オフラインテスト 　　TPC 　　　ガスゲイン　　　　　　　　 　　　時間安定性 　　　IFB 　　　分解能 　　DAQ ビームテスト Ne 生成 理研プラズマ実験棟内バンデ and/or 筑波大タンデム

19 現在、CRIBでよく行われている実験のセットアップ
標的 (CH2, Heガスセルなど) 位置検出型シリコン検出器 PPAC MCP RIB p ビームは 標的中で止める TOF and position 反応点はビームの軌跡と陽子の飛跡の交点として出し、反応エネルギーを計算 もしくは（正しい反応と仮定して）運動学から反応エネルギーを逆算 標的中でのエネルギー損失は計算値に頼っている （いずれのコードもブラッグピークより低エネルギー側では精度がイマイチという問題） 陽子のみの測定では… 　バックグラウンドの陽子（W. F.由来?）との選別が困難な場合があり 　運動学を用いたイベント選別に限界 目的の反応に関係する全ての粒子を測定出来ればベスト 反応点でのビームおよび反応後の反挑粒子を測れば解決するが… 　このセットアップで標的中にあるビームは測れない 　低エネルギー実験のため、反挑粒子は一般には標的中で止まってしまう

20 現状 (秋元)

21 2cm Field領域用の支柱 10cm mesh GEM、meshの支柱 GEM (12.4cm x 12.4cm) Pad 2cm
マイラー (50mm) マイラー (50mm) beam 4 cm Field wire (Cu-Be; 50mm) Beamが通るエリアは増幅しない GEM (12.4cm x 12.4cm) GEM、meshの支柱 Field電場作成用の膜（2.5mm） 10cm Field領域用の支柱 (f : 1.4cm) 21

22 42cm Field領域用の支柱 10cm 6cm 26cm ネジ（M12）留め 10cm 32.8cm 支柱 12.4cm HVコネクタ（高電圧用） GEM 4cm Pad beam 12.4cm 支柱 53.8cm GEM 10cm Field電場作成用の膜（2.5mm） こちら側が開く （ネジ留め） pad

23 マイラー (50mm) beam 10cm 7cm 26cm 筐体とネジ、Oリング留め 10cm 16.4cm 40.4cm mesh GEM Pad 10cm この二つをネジ、Oリング留め マイラー (50mm) 38cm

24 2面がワイヤーで2面がマイラー（2.5mm）膜に電極を蒸着させる（1mmピッチ程度）
26 cm 32.8cm drift cageのワイヤーの間隔、GEMのある位置までの距離はシミュレーション中 ワイヤー間隔：5mm、10mm 中心にもワイヤーを入れるかも検討中（ビームのenergy lossで作られるイオンを考慮して） 未定 16.4 cm

25 10.5cm 12cm 16.4cm 12cm HVコネクタ 4cm 32.8cm HVコネクタ 10.5cm

26 124mm 117mm f : 4mm 106mm

27 納期 筐体：図面が完成してから1.5か月（今日、シーアイの人と話す予定） field cage：1か月 field cage用、高電圧コネクタ：2、3週間 pad：2、3週間 (追記：大田) ビーム部分のケージを分けて3つの領域に分ける

28 読み出し・DAQ (大田)

29 読み出し系 Active Target TCP-IP Event Builder Ex.) Si Array TCP-IP
COPPER II Readout CPU (Pre-E.B.) TCP-IP Event Builder Clock Distributor Trigger Distributor Ex.) Si Array Inteligent FADC? Readout CPU (Pre-E.B.) TCP-IP

30 COPPERII - FINESS CPU FADCボード COPPERII トリガーボード

31 回路状況 COPPER ボード １ 既存 プリアンプ ６ 購入（納期約一ヶ月） VMEラック １ 購入（納期45日）
プリアンプ　　　　 ６　　　購入（納期約一ヶ月） VMEラック　　　　　１　　　購入（納期45日） VMEファン　　　　　１　　　購入（納期45日） CPUボード　　　　　１　　　購入（納期一ヶ月） メモリーカード １　　　購入（即納） FADC　　　　　 ４ 購入（納期三ヶ月） trigger module 購入（納期一週間） COPPERボード　　　 １ KEK宮武組から借りる FADC １　　　KEK宮武組から借りる trigger module １ KEK宮武組から借りる COPPERボード　　　 ４　 KEKオンライングループから借りる（要確認） CNSで予算がつけば買う。COPPER-liteとどっちが良いか？ FADC　　　　　　 １４ CNSで予算がつけば買う。つかなければKEKから借りる（要確認） trigger module ４ CNSで予算がつけば買う。つかなければKEKから借りる（要確認）

32 担当 浜垣 (EFESでMSU) 久保野 上坂 (Mini-WS) 山口 (COPPER II) 道正 (設計) 郡司 (設計)
大田 (E.B. & COPPER II) 橋本 (本体設計・制作) 秋元 (本体設計・制作) 浜垣 (EFESでMSU) 久保野 上坂 (Mini-WS)

33 予算申請 ヒアリング発表 => 大田 科研費分以外 =6,568千円

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36 実験 (道正)

37 目指す物理 (道正) 陽子ドリップライン核の低励起状態のspectroscopy → p/2p-decay channelが開く。
(p,p’)/(a,a’) missing-mass measurement Particle-decay channelの同定 Redundantだが、Invariant-mass measurement ?! たとえば… こんなイメージ Spectrometer etc… GEM-TPC

38 方法 p GEM-TPC TGT (~1mg/cm2) Beam Telescope GEM-TPC Range of Ar@1 atm
E(proton) [MeV] Range [mm] 1 27 theta(CM) = 5.0 deg. 2 79 5 353

39 実験 (大田)

40 考えている実験 (大田) 二中性子相関に関して pf-shell の構造に関して 対象はA=20~70の中性子過剰核 SHARAQ でやる
(3He,4He) 反応を使った運動量分布測定 (3He,3H)反応を使った重陽子放出反応の測定 pf-shell の構造に関して (d,2p) 反応を使ったB(GT)測定 対象はA=20~70の中性子過剰核 SHARAQ でやる

41 中性子対相関 密度依存性: BCS相-BEC相 中性子物質・中性子星 原子核構造： ダイニュートロン 希薄密度での二中性子の局在
荷電交換反応(3He,3H)による重陽子放出過程の測定 高い角運動量を持つペア 核子移行反応(3He,4He)による中性子運動量分布測定

42 pf-shell 核でのB(GT)分布測定
超新星爆発前段階の寿命 フェルミ面が大きく違う系・大アイソスピン系での変化 (d,2p) 反応の選択性 GT遷移ならば2pは非常に小さい相対エネルギーで180度に放出される 2p を押さえられれば S/N が上げられる

43 なぜアクティブターゲットか? 中重不安定核ビームによる実験 標的厚の選定 解決可能な検出器→アクティブターゲット
潜在的に弱いビーム (低ルミノシティー) 逆運動学:大きな運動量 (低エネルギー分解能) 標的厚の選定 イベントレート(厚い標的)と分解能(分解能) の競合 解決可能な検出器→アクティブターゲット 反応点を知りたい

44 反応例 68Ni 70Ni(3He,3H) 68Ni2H (70Cu) 70Ni 2H 3He (p,n) type 3H

45 標的中のエネルギー損失の例 標的中のエネルギー損失 70Ni @100MeV/u (30985 MeV/c)
6MeV (dp=14MeV/c) after 1mg/cm2 C2H4 7MeV (dp=14MeV/c) after 1mg/cm2 ~ 8cm 0.45MeV (dp=1.1MeV/c) after 5mm cf.) p/dp = (max.) for SHARAQ

46 エネルギー分解能 運動学 3He(70Ni,70Cu)3H @100MeV/u dp/p~1/15000
Ex (MeV) TKE(70Cu) (MeV) P(70Cu) (MeV) 1 2 3 dp/p~1/15000 SHARAQ (full spec.) で測定すれば、1MeVの分解能 (角度分解能は無視している)

47 3He(70Ni,70Cu) 運動学 Reaction index, e.g. 12C(d,p) : 3He(70Ni,70Cu)
Incident total energy (MeV) : 7000 Min,max,step of angle (degree) : 0.,0.1,0.1 No. of levels (0 = g.s. only) : 3 Enter exc. energies ... (MeV) : 1,2,3 RELATIVISTIC KINEMATICS PROGRAM 3He(70Ni,70Cu)3H M2 ( M1 , M ) M4 ( , ) 0DE/DX1 EQUALS KEV/MG/CM QVAL(GS) EQUALS MEV, EBEAM= MEV EXC ENERGY EQUALS 0 THETA3 THETA3 KIN EN3 LAB TO CM THETA4 KIN EN4 DE/DTHETA3 DEDX3 OPT TGT B-RHO FIELD (KG) K LAB DEG CM DEG (MEV) CONVF3 LAB DEG (MEV) KEV/DEG KEV/MG/CM2 ANGLE DEG KG-CM RHO=240CM 1/P(DP/DT) EXC ENERGY EQUALS EXC ENERGY EQUALS

48 実験 (上坂)

49 アクティブ標的を用いた実験 上坂友洋 ・　不安定核ビームを用いた超前方測定 ・　2,3の例

50 核物質の応答 核物質の応答 ⇔ 状態方程式 アイソスピンに対する応答 スピンに対する応答 圧縮に対する応答 ： → 非圧縮率
核物質の応答　⇔ 状態方程式 アイソスピンに対する応答 スピンに対する応答 圧縮に対する応答 ： →　　非圧縮率 　　　 核内相関 (極低温の核物質の性質) 相転移(p凝縮)の可能性 これらの研究では、超前方の散乱が重要だった

51 SHARAQの物理(初期実験)との関係 不安定核をプローブとして、安定核ビームでは不可能だった
励起モードを見ることによって、「安定核標的」の応答を調べる。 荷電ヴェクトル圧縮率 非調和性 アクティブ標的を用いて、「不安定核ビーム」の応答を調べる。 →　蓄積リングでの実験への前哨戦 非対称核物質の 非圧縮率 核内相関 相転移

52 逆運動学での超前方測定 重い不安定核 軽いイオン p, a (13C, 18O)

53 78Ni(a,a')78Ni (Ex=20 MeV)

54 78Ni(12C, 12N)78Co (Ex=20 MeV)

55 収量 ビーム量 ~ 105 標的 3×1020 個 (1気圧, 10 cm当たり)
ビーム量 ~ 105 標的 3×1020 個　(1気圧, 10 cm当たり) ルミノシティ 3×1025 /cm2/s -> 0.03 /mb/s 伊藤氏(東北大)の計算 積分断面積　 ~ 0.1 mb 300秒に1イベント → 300イベント/日

56 実験 (橋本)

57 Active targetを用いた天体核実験 (橋本)
21Al 22Al 23Al 24Al 25Al 26Al 27Al 20Mg 21Mg 22Mg 21Mg 23Mg 24Mg 25Mg 26Mg ・宇宙と星の進化を探るために 　天体中での重元素合成の解明を行う ・高温高密度天体内では 　不安定核が重要な役割を果たすと示唆 ・天体現象中での原子核反応： 　環境温度 1 – 10 GK 　　→重心系で3 MeV以下程度のエネルギー 　　 →クーロン障壁のため 　　　 重イオン同士の反応は起こりにくい。 　　　　p、n、αと不安定核の反応に大きな不定性 ・質量数30程度までの 低エネルギー原子核反応では 離散的な共鳴状態の寄与のため 統計模型による予測はあまりあてにならない　→　断面積の実測が必要 20Na 21Na 22Na 22Na 23Na 24Na 17Ne 18Ne 19Ne 20Ne 21Ne 16O 22Ne 23Ne 24Ne 17F 18F 19F 20F 21F 22F 23F 14O 15O 16O 17O 18O 19O 20O 21O 22O 16N 17N 18N 19N 20N 21N 11N 12N 13N 14N 15N 18C 9C 10C 11C 12C 13C 14C 15C 16C 17C 19C 20C 17B 19B 8B 9B 10B 11B 12B 13B 14B 15B 7Be 9Be 10Be 11Be 12Be 14Be 6Li 7Li 8Li 9Li 11Li Proton 3He 4He 6He 8He STABLE p D T n UNSTABLE Neutron 久保野研ではνp-processや hot CNOからの抜け出しに着目し 11C(α, p)14N, 14O(α, p)17F,　18Ne(α, p)21Na, 30S(α, p)33Cl などと、それに競合する反応を系統的に、精度よく測りたい。 Active targetの利用 最初の実験として18Ne(α, p)21Naを想定

58 Active targetを用いた天体核実験
第一回アクティブターゲット開発ミーティング

59 宇宙での重元素合成 Th,U rp過程 r過程 総合的な理解のためには 質量、半減期、崩壊分岐比、 捕獲断面積などが
元素合成のルートに沿って必要 r過程 スタート地点であり、離散的共鳴状態の寄与のため 統計模型による断面積の予想がしにくい 質量数20程度までの原子核の反応断面積に着目

60 pとの反応は薄い固体標的でも可能だが、αとの反応はガス標的が必要
天体現象中での原子核反応： 　　　環境温度 1 – 10 GK 　　　→　Ecm = 1 – 3 MeV程度 重イオン同士の反応断面積は極めて小さく （クーロン障壁のため） p, n, αと重イオンの反応で進む 21Al 22Al 23Al 24Al 25Al 26Al 27Al 20Mg 21Mg 22Mg 21Mg 23Mg 24Mg 25Mg 26Mg 20Na 21Na 22Na 22Na 23Na 24Na 17Ne 18Ne 19Ne 20Ne 21Ne 16O 22Ne 23Ne 24Ne 17F 18F 19F 20F 21F 22F 23F 14O 15O 16O 17O 18O 19O 20O 21O 22O 11N 12N 13N 14N 15N 16N 17N 18N 19N 20N 21N 18C 9C 10C 11C 12C 13C 14C 15C 16C 19C 20C 17C 19B 8B 9B 10B 12B 13B 17B 11B 14B 15B 7Be 9Be 10Be 11Be 12Be 14Be 6Li 7Li 8Li 9Li 11Li Proton 3He 4He 6He 8He STABLE p D T n UNSTABLE Neutron key reactions 8Li(α, n)11B, 12B(α, n)15N,　15C(α, n)18O, 18C(α, n)20O　（r過程の初期段階） 　　11C(α, p)14N, 14O(α, p)17F,　18Ne(α, p)21Na, 30S(α, p)33Cl 　　　(νp-process, hot CNOからの抜け出し） などと、それに競合する反応 pとの反応は薄い固体標的でも可能だが、αとの反応はガス標的が必要

61 Ecm = 0.5 - 3.8 MeV (T = 0.6 - 3 GK)での断面積の絶対値が必要
最初の実験として18Ne(α, p)21Naを想定 J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. 25 (1999)R133 20Na 21Na 22Na 22Na 23Na stable 17Ne 18Ne 19Ne 20Ne 21Ne 22Ne unstable 17F 18F 19F A: hot-CNO B: second hot-CNO C: 18Ne(a, p)21Na D: 18Ne(2p, g)20Mg E: 15O(2p, g)17F X-ray bursts 14O 15O 16O 17O 18O 11N 12N 13N 14N 15N hot-CNO 12C(p,γ)13N(p,γ)14O(β)14N(p,γ)15O(β)15N(p, α)12C 9C 10C 11C 12C 13C second hot CNO cycle 14O(α, p)17F(p, γ)18Ne(β)18F(p, α)15O(β)15O(p, α)12C 18Ne(α, p)21Na 18Ne(α, p)21Na reaction: hot-CNOサイクルからrp-processへの抜け出し 超新星爆発初期段階での元素合成(νp – process) これまで、複合核(22Ne)の励起準位探索は行われているが、断面積のデータはない 核反応率決定のためには Ecm = MeV (T = GK)での断面積の絶対値が必要

62 CRIBでの低エネルギー 18Ne ビームの生成
Fusibility CRIBでの低エネルギー 18Ne ビームの生成 The required conditions Intensity : 105 pps Energy : 2.2 MeV/u (40 MeV) Purity : higher than 80% F0 16O 16O Experimental conditions ・E16O MeV/u ・I16O pmA ・3He gas target (Cryogenic target) 0.30 mg/cm2 (Liquid-N2 cooled) ・3He(16O, 18Ne)n reaction (s = 1 – 2 mb, Production rate: 3.4 – 6.8 x 106 pps ) ・Energy degrader 0.7 mm Mylar at F1 18Ne9+ 18F9+ Estimated condition of 18Ne beam Beam intensity at F3: ～ 2.5 – 5 x 105 pps Beam energy at F3 : 2.2MeV/u Purity at F3: 94% (the cross sections of 16O(3He, 17F) and 16O(3He, 15O) were about 50 mb.)

63 実験セットアップ 立体角: ~ 15% of 4p 角度レンジ:
ガスはHe+CO2(10%)の混合ガス 圧力　120 torr 立体角: ~ 15% of 4p 角度レンジ: 40 < qcm < 180 degs. at Ecm = 1.5 MeV 利点 チェンバー内のガスはアクティブ標的として働く -> 立体角 4p、 検出効率 100%を達成できる 複数の荷電粒子の３次元の飛跡とそれに沿ったエネルギー損失が測定可能 -> 情報の損失無しで、十分な厚さの標的が使える 　　　　反応の識別が容易に出来る GEM-MSTPC ～ 106 pps (For example, 3 x 108 pps p+ successful) Old MSTPC (T. Hashimoto, el al., NIMA 556(2005)339) < 4 x 104 pps

64 Main sources of backgrounds
Low-gain regionのみ Multiple track Elastic scattering event 18Ne(a, p)21Na reaction event Single track

65 Reaction Q-value (MeV) 18Ne(a, p)21Na 2.63 18Ne(a, d)20Na -12.25
Other reaction events Reaction Q-value (MeV) 18Ne(a, p)21Na 18Ne(a, d)20Na 18Ne(a, t)19Na 18Ne(12C, p)29P 18Ne(12C, d)28P 18Ne(12C, t)27P 18Ne(12C, a)26Si 18Ne(16O, p)33Cl 18Ne(16O, d)32Cl 18Ne(16O, t)31Cl 18Ne(16O, a)30S 4 12 Total Kinetic Energy (MeV) 8 15 0.4 0.8 1.5 1.2 Energy loss/ pad (MeV) 18Ne(a, p)21Na (Q = 2.63 MeV) 18Ne(12C, p)29P (Q = MeV) 18Ne(12C, p)33Cｌ (Q = MeV) Coulomb barrier 18Ne + a MeV 18Ne + 12C MeV 18Ne + 16O MeV Clearly identified

66 Number of Events/5days 実験条件 106 T = 3.0 GK T = 2.0 GK 105 T = 1.0 GK
18Ne beam: 5 x 105 pps Detector gas: He (80%) + CO2 (20%), 130 torr Solid angle: ～15% of 4π Energy bin size: 100keV (in cm system) 106 T = 3.0 GK T = 2.0 GK 105 T = 1.0 GK 104 Number of Events/5days 103 計算条件 □　Statistical model The calculated method: Atom. Data and Nucl. Data Tab. 75(2000)1. The values of cross sections: ○　Statistical model + Breit - Wigner formula ・Two resonances are assumed ・Er : 1.41 and 2.29 MeV ・gp : 50 keV in both resonances ・ga : 12 keV in both resonances 　(It is 30% of the Wigner limit) ・The p-wave transition was assumed 102 10 1 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Ecm (MeV) A statistical uncertainty better than 20% in the region of Ecm > 1.5 MeV.