60Co線源を用いたγ線分光 ―角相関と偏光の測定―

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1 60Co線源を用いたγ線分光 ―角相関と偏光の測定―
原子核物理グループ 白鳥　昂太郎 平成17年3月18日

2 ―目的― 今実験のために構成した偏光測定装置の性能を評価する
60Co線源から放出される2つのγ線の角相関①と偏光②を測定し、レベルスキームの構成に欠かせないγ遷移のスピンとパリティを決定する 今実験のために構成した偏光測定装置の性能を評価する ① ②

3 ―原理― 角相関 原子核の遷移 直線偏光 線源：始状態のスピンに偏りがなく角度分布や偏光を示さない
光子がz軸方向に運ぶ角運動量が±1のみなので、カスケード遷移の１つのγ線を捉えると中間状態のスピンが偏る →同時計測すると、放出される２つのγ線に角相関が生じる J1→J2→0が分かる 原子核の遷移　 多重極度λの遷移 →電気型Eλ遷移　磁気型Mλ遷移 パリティ変化 E型:πiπf =(-1)λ　M型:πiπf =(-1)λ+1　 直線偏光 偏光γ線:向きが一様でない電気、磁気双極子から放射される電磁波 放射の際の電場の振動方向を偏光の向きとする 偏光の大きさはθに依存 (90°最大) 電気双極子放射E1 量子化軸に平行 磁気双極子放射M1 量子化軸に垂直

4 偏光測定 測定の概要図 偏光を生じさせるために、放出される２つのγ線を90度の角度で同時計測 偏光の測定にコンプトン散乱を用いる
電場の向きで散乱断面積が変わる(Klein-Nishinaの式） 同時計測したγ線の一方をコンプトン散乱させ、垂直方向と水平方向に置いたDetectorで検出された数の違いから偏光を測定 測定の概要図 z

5 偏光と非対称度 測定に用いる式 偏光度 Qは入射γ線のエネルギーに依存し、装置のジオメトリーで決まる
測定に用いる式　偏光度 A:非対称度 Q:Polarimeter Sensitivity a:修正項 Qは入射γ線のエネルギーに依存し、装置のジオメトリーで決まる P>0ならE型　P<0ならM型 60Coにおける理論値(1173keV) 測定出来る最大の非対称度 大きさがあるdetectorではQが小さくなるので、測定出来る非対称度は理論値よりも小さくなる 1333keVの値

6 ―角相関測定― 測定装置 2つのNaIシンチレーションカウンターの間に線源を置き、一方のDetectorを固定、もう一方を15度ずつ回転させながら測定 同時計測されたγ線の個数をプロットしていく 角相関　4→2→0（―） 　3→2→0（―） 　3→1→0（―）　 　2→1→0（―） Source 固定 回転

7 ―結果― 理論値と測定値の関係 測定値 以外適合しない →60Coのγ線の多重極度はλ=2 測定値は
A2=(8.74±0.485)×10-2 A4=(1.61±0.659)×10-2 χ2/f=0.874 (60%の位置) 測定値は 遷移　４→２→０ 　 以外適合しない →60Coのγ線の多重極度はλ=2 ―　測定値 ―　測定値の関数 ―　適合する理論値

8 ―偏光測定― 実験装置 周囲を鉛で囲みBackgroundを減らす 中心の”Scatterer”にγ線を入射し、コンプトン散乱させる
―偏光測定―　実験装置 Scatterer 中心の”Scatterer”にγ線を入射し、コンプトン散乱させる 垂直方向と水平方向に置いた”Absorber”で吸収し、数の違いを測定 入射γ線はコリメート 90度方向に”Scatterer”と同時計測する”Coincidence”を置く 周囲を鉛で囲みBackgroundを減らす Absorber γ

9 測定回路 TriggerはScattererとCoincidenceで同時測定されたイベント

10 ―実験方法― Calibration 90度方向での偏光測定 180度方向、または同時計測なしの無偏光状態での測定
―実験方法―　 Calibration 各測定の前後で行う 90度方向での偏光測定 同時計測で偏光を生じさせる 180度方向、または同時計測なしの無偏光状態での測定 DetectorのEfficiencyとジオメトリーの違いの修正 γ線をコリメートしない場合も測定する コリメートしない場合との有効性の比較

11 ―解析の流れ― → Coincidenceでのカット ScattererとAbsorberでのKinematicカット
1173keVのγ線を選択(1333keVも行う) ScattererとAbsorberでのKinematicカット γ線のエネルギースペクトルをコンプトン散乱の式からcos(θ)の形に変換し、Detectorのジオメトリーに対応した入射角度の範囲を選ぶ 45°<θ<135°の範囲

12 ScattererとAbsorberのスペクトルをevent-by-eventで足し合わせ、1173keV(1333keV)となるeventの数を計測
垂直方向と水平方向のピーク面積から非対称度を求める 無偏光γ線で各Absorberの固有差やジオメトリーによる差の修正 垂直、水平方向での偏光に起因しない数の違いを修正 偏光がない状態でのDetectorの違いの修正は重要 ＋ ↓ Scatterer (Ge検出器) Absorber (NaI) Sum　Peak [keV]

13 ―結果― 測定された非対称度 非対称度の符号からγ線は1173keV、1333keVともE型 コリメート コリメートなし
N⊥― N∥― [keV]

14 ―まとめ― 角相関と偏光測定から であることが確かめられた 今回構成した偏光測定装置では数％のオーダーまでの非対称度が測定出来る
遷移　４+→２+→０+ 電気型E２遷移 であることが確かめられた 今回構成した偏光測定装置では数％のオーダーまでの非対称度が測定出来る コリメーターを使用しない方が良い結果となった コリメート:10日　 線源2M[bq] コリメートなし:1.5日 線源0.1M[bq] →コリメータや線源強度の最適化のため、さらなる検討が必要 (2,500,000event)

15 ―今後の課題― シミュレーションを行い、測定結果の妥当性を検証 偏光の測定条件の最適化