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超重元素合成の実験的研究

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超重元素合成の実験的研究. 埼玉大学大学院博士前期課程 物理学専攻 03SP001 秋山隆宏. 研究目的. 未知核種(新同位体)の探索 → 核図表の拡大 核の性質の系統的変化 → 魔法数、核異性体、核構造理論の検証 新元素の探索 → 周期律表の拡大. 超重元素 厳密には Z=114, N=184 の球形二重魔法核を持つ元素 液滴模型では安定に存在できない核が 殻効果によって安定化され存在する核 Z=110 を超える元素. Z=114 の閉核、 最近では 120 や 126 も候補 N= 184 (理論予想)→ 現在の実験手法では程遠い.

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Presentation Transcript
slide1

超重元素合成の実験的研究

埼玉大学大学院博士前期課程

物理学専攻

03SP001 秋山隆宏

slide2
研究目的
  • 未知核種(新同位体)の探索 → 核図表の拡大
  • 核の性質の系統的変化 →

魔法数、核異性体、核構造理論の検証

  • 新元素の探索 → 周期律表の拡大

修論発表

slide3
超重元素

厳密にはZ=114, N=184の球形二重魔法核を持つ元素

液滴模型では安定に存在できない核が

殻効果によって安定化され存在する核

Z=110を超える元素

Z=114の閉核、 最近では120や126も候補

N=184(理論予想)→ 現在の実験手法では程遠い

修論発表

slide6

208Pb(58Fe, n)265Hs

208Pb(64Ni, n)271Ds

209Bi(64Ni, n)272Rg

208Pb(70Zn, n)277112

209Bi(70Zn, n)278113

自発核分裂

a 崩壊

b+ 崩壊, EC

b- 崩壊

N

Z

N=162

修論発表

ga s filled r eco i l s eparator

差動排気システム

Heガスの領域

入射ビー ム

入射ビームの軌跡

Heガス導入

ビームストッパー(Ta)

マイラフォイル

回転式標的

弾性散乱による

ビーム強度モニタ

半導体検出器

 (真空領域)

D1 Q1 Q2 D2

(m)

0

1

2

目的とするイオンの軌跡

Gas-filled recoil separator (気体充填型反跳分離装置)

修論発表

slide8
回転ターゲット

30cm

回転速度; 2000~3000 rpm

30 mg/cm2のカーボンフォイル上に蒸着

10 mg/cm2のカーボンフォイルでカバー

修論発表

slide9

α

PSD

ToF

α

SSD box

ions

焦点面検出器

MCP2

位置分解能Dx 3.75 mm

Dy ±1 mm

MCP1

修論発表

slide10

ToF-エネルギー スペクトル

ER-a相関

209Bi+64Ni reaction (Main.033, strip 13)

Total

100

0.5 cps

10

Beam-like particles

1

0

5

10

15

20

25

272111

Total [ ROI = 8 - 12MeV ]

5

2.4x10-2 cps

Energy / MeV

Target-like particles

0

Counts per 10 keV

8

9

10

11

12

Anti-coincidence with TOF detectors

5

1.8x10-3 cps

0

8

9

10

11

12

ER-a correlation (DP=+/-1 mm, Dt=30 s)

256Lr

260Db

264Bh

268Mt

272111

5

TOF / ns

軽粒子

0

8

9

10

11

12

Energy / MeV

修論発表

208 pb 70 zn n 277 112
208Pb(70Zn,n)277112
  • 実験期間 2004/4/2 ~ 2004/5/24

693 時間 (28.9 日)

  • ビームエネルギー 346 MeV @ target center
  • Total Dose 4.4x1018 particles
  • Target Thickness 450 mg/cm2
  • イベント数 2
  • e 0.8
  • s 0.44+0.59-0.29 pb

修論発表

slide12

277112

CN

277112

CN

a

a

11.09 ± 0.07 MeV

1.10 ms

11.32 ± 0.04 MeV

1.22 ms

273Ds

273Ds

a

a

11.14 ± 0.04 MeV

0.52 ms

11.15±0.07MeV

39.9 ms

269Hs

269Hs

a

a

9.17 ± 0.04 MeV

14.19 s

9.25 ± 0.07 MeV

0.270 s

265Sg

265Sg

a

a

8.71 ± 0.04 MeV

23.02 s

8.70 ± 0.04 MeV

79.9 s

261Rf

261Rf

197.3 MeV

2.97 s

156.3 MeV

8.3 s

観測された崩壊連鎖(Z=112)

修論発表

slide13

103

102

101

257No

265Sg

269Hs

261Rf

100

T_decay (s)

10-1

10-2

277112

273Ds

10-3

10-4

中性子数

修論発表

209 bi 70 zn n 278 113
209Bi(70Zn,n)278113
  • 実験期間 2003/9/5 ~ 2003/12/29 2004/7/8 ~ 2004/8/2

1920 時間 (80 日)

  • ビームエネルギー 349 MeV @ target center
  • Total Dose 1.7x1019
  • Target Thickness 480 mg/cm2
  • イベント数 1
  • e0.8
  • s55 +154-47 fb

修論発表

slide15

278113

CN

a

11.68 MeV

344μs

30.49 mm

274Rg

a

11.15 MeV

9.260 ms

30.40 mm

270Mt

a

10.03 MeV

7.163 ms

29.79 mm

266Bh

a

9.08 MeV

2.469 s

30.91 mm

23-July-2004 18:55 (JST)

Elab (70Zn) = 349.5 MeV

262Db

204.05 MeV

40.9 s

30.25 mm

観測された崩壊連鎖(Z=113)

修論発表

slide16
生成断面積が非常に小さい

113番元素では80日で1イベント観測

さらに重い元素を合成するためには

最適な入射粒子のエネルギーEoptを選ばなくてはならない

修論発表

slide18

GSI

RIKEN

LBNL

208Pb(64Ni, n)271Ds

209Bi(64Ni, n)272Rg

修論発表

slide19

Moller&Nix 2.92 MeV

Myer&Swiatecki 1.32 MeV

KTUY2005-0.11 MeV

最適な入射エネルギー

Eopt = 368.4 +0.2-0.2MeV

修論発表

slide20

AZX

AZER

A+1ZCN

a

284115

未知核

A-4Z-2Y

A-4Z-2Y

283114

a

未知核

A-8Z-4Z

A-8Z-4Z

A-8Z-4Z

既知核

A-12Z-6Z’

A-12Z-6Z’

s.f.

既知核に到達する前に自発核分裂を起こした場合

実験的確認ができない

修論発表

slide21

イオン

修論発表

slide22

蒸発残留核

核分裂片

修論発表

slide23
結論
  • 277112を2イベント観測

中性子数N=162の閉核の示唆

  • 278113を1イベント観測

初めての実験的確認

Z=114の元素を合成するのに最適な

入射エネルギーの決定Eopt = 368.4 +0.2-0.2 MeV

新しい検出器のR&D ING

修論発表

theoretical estimation of cross section
Theoretical estimation of cross section

Phys. Rev. C 71(2005) 014602

W. J. Swiatecki et al.

修論発表

slide26

Beam

GARIS

10-2

10-1

100

101

102

[Pa]

Target Chamber

差動排気システム

Top View

MBP 280 l/sec

140 l/sec

TMP 280 l/sec

140 l/sec

Side View

修論発表

cross section systematics

Hot fusion reaction

Cold fusion reaction

Cross section systematics

修論発表

slide29

AZX

AZER

A+1ZCN

a崩壊

未知核

A-4Z-2Y

A-4Z-2Y

a崩壊

未知核

A-8Z-4Z

A-8Z-4Z

a崩壊

既知核

A-12Z-6Z’

A-12Z-6Z’

A-16Z-8Z’’

同定方法
  • 崩壊の親子関係

位置,崩壊エネルギー相関

修論発表

slide31

実験手法

(蒸発残留核)

修論発表

slide32

CSM加速タンク

RILAC 加速タンク

可変周波数RFQ

18GHz ECR イオン源

GARIS

理研線形加速器(RILAC)

修論発表

garis
GARISの動作原理

PHe-gas~ 85 Pa

V0 = c/137

修論発表

271 ds
271Ds

2002年 7月, 9月, 11月 (40日)

ビーム 64Ni : 0.4~1 pmA

ターゲット 208Pb :190~250 mg/cm2

e (GARIS) 0.8

合計 4.114 events (cf. 13 atoms at GSI)

修論発表

excitation function of 271 ds
Excitation function of 271Ds

Epeak = 313.1 MeV

s = 16.5 pb

Moller & Nix

Myer & Swiatecki

KTUY2005

修論発表

slide36

CN

271110

46.0 ms

10.441 MeV

267Hs

a

a

a

a

a

a

a

a

a

a

1.16 s

9.728 MeV

263Sg

5.998 s

9.307 MeV

259Rf

CN

272110

255No

239 ms

10.712 MeV

267Hs

251Fm

66 ms

10.089 MeV

263Sg

48 ms

10.830 MeV

259Rf

2.714 ms

10.461 MeV

255No

58.4 ms

7.727 MeV

251Fm

271Dsの核異性体の確認

267Hs核異性体の存在の可能性

修論発表

272 rg
272Rg

2003年 2/12~5/12 (50日)

ビーム 64Ni : 0.7~1.8 pmA

ターゲット 209Bi : 210~310 mg/cm2

合計 9.4611 events (cf.6 atoms at GSI)

修論発表

slide38

Excitation function of 272Rg

Epeak = 318.9 MeV

s = 3.8 pb

修論発表

slide39

a

a

a

a

a

a

a

a

a

CN

CN

272111

272111

8.89 ms

10.96 MeV

7.11 ms

10.82 MeV

268Mt

268Mt

26.18 ms

2.76 MeV

0.715 ms

10.28 MeV

CN

272111

264Bh

264Bh

2.82 ms

11.31 MeV

S.F.

0.54 s

9.57 MeV

268Mt

0.97 s

208 MeV

260Db

44 ms

10.78 MeV

S.F.

264Bh

1.71 s

231 MeV

0.44 s

9.58 MeV

260Db

48.46 s

8.81 MeV

256Lr

264Bh, 260Dbの自発核分裂

260Dbの核異性体の存在

修論発表

slide40

208Pb(50Ti, n)257Rf

209Bi(58Ti, n)258Db

NUCLEAR REACTION VIDEO Project

http://nrv.jinr.ru/nrv/

修論発表

slide41

208Pb(54Cr,n)261Sg

209Bi(54Cr, n)262Bh

修論発表

slide42

208Pb(58Fe, n)265Hs

209Bi(58Fe, n)266Mt

修論発表