BRILLIANT 計画 資料

1. BRILLIANT計画資料 2011.12.28 民井

2. BRILLIANT 準安定核の順運動学反応による核分光 寿命の比較的長い不安定核（準安定核）を生成しホスト標的にインプラントすることで準安定核停止標的を作る。 準安定核停止標的 順運動学 軽イオンビームを照射し、順運動学と質量欠損法により励起状態・共鳴状態の性質を探る。 質量欠損法核分光 極小ビームスポットの高輝度高品質ビームによりルミノシティをかせぐ。高分解能、低運動量移行 高輝度高品質ビーム Beam system for Reaction of Isotopes of Long-life with Light-Ions Applying Normal kinemaTics

3. BRILLIANT 安定核 準安定核(>1分)核種 ～280 ～1480アイソマー　　1 310N=Z核 　　13 24Odd-Odd核　　 4 333最大スピン　 7 37/2 軽イオン核反応による励起状態の精密核分光の舞台を大幅に拡張する！ ・N=Z核標的・Odd-Odd核標的・超寿命アイソマー・高スピン核標的・基底状態とアイソマーの２重標的・大変形核標的・Momentum-Transfer-Less Reaction・ベータ崩壊と荷電交換反応の直接比較・偏極実験、崩壊同時測定、不安定核＋不安定核反応 Isotopes:Ni 58-64 56-66Zr 90-96 84-97Sn 112-124 106-130Pb 204-208 190-214

4. High-Resolution Spectroscopy of Nuclear Excited Statesfor Stable and Rare Isotopesvia Light-Ion Induced Reaction with Normal Kinematics 軽イオン核反応による励起状態の精密核分光という研究（物理）の舞台を大幅に拡張する！ 対象： 安定核および分程度以上の寿命の核手法： 軽イオンビームとの順反応、質量欠損法、 スペクトロメータ、(崩壊粒子同時計測) 特に fusion reaction で作られる (安定核よりも) proton-rich 側に対して有利。

5. 新入射サイクロトロン建設計画Separated sector, Super-Conducting → High Intensity Beam 現入射(AVF)サイクロトロンを、Fusion Reaction による不安定核生成に用い、新入射サイクロトロン＋RINGサイクロトロンの高輝度軽イオンを用いて、これまで培われた軽イオン反応精密核分光技術の対象を不安定核に広げる。 min や sec　オーダーの寿命を持つ不安定核はゴマンとある。 → Projectile Fragmentation と逆運動学のみに頼る必要はない！→ アイソスピン非対称のフロンティアのみに特化する必要もない。

6. Luminosity Monitor Recoil SeparatorMagnetWien Filter, RF Separator or Gass-Filled Separatorwithout degarader Implantation of Isotopes with life time >~ 1min Thin stopper targetAu, CHO or Solid H2~ 1 mg/cm2Target Moving System Wire Target?1 mg/cm2 HI Beam from AVF or LINACSmall Beam Spot 10mmf,High IntensityFusion Reaction etc. Light Ion Beamfrom AVF-RING CyclotronsHigh ResolutionSmall Beam Spot: 10mmf,High Intensity: 1mA

7. ポイント • 高輝度（高強度小スポット）、高安定のビームが必要　⇒RCNPで培った加速器技術のさらなる発展 • 検出側は既存のスペクトロメータや検出器などが使える。⇒現在の検出装置が使える。　現在の実験も可能（むしろ実験条件向上が期待できる）。 • 安定核で培ったReaction MechanismやSpectroscopy の　手法がそのまま使える。　⇒その上で物理の対象（舞台）が広がる。 • 10 MeV/A領域の Fusion Reaction 生成による中重核、(安定　核よりも）陽子過剰側の研究が主体⇒世界の不安定核研究は中性子過剰側の重点が高く相補的 • 高強度小スポットのビームにより核を生成し、十分に分離し、　小スポットにImplantできるか。⇒ Challenging

8. ポイント • Implant標的からのB.G.を抑えて見たい反応を測定できるか？　⇒ 固体水素標的？Q-Valueの差を利用？　⇒Challenging

9. ともに追求できる発展 • ビームの高品質化（エミッタンス、安定度）　ビームスポットが小さくなることで、現在の分解能をさらに　飛躍的に向上できる可能性がある。（超高分解能測定） • 極小生成点からの不安定核生成・分離技術 • 極小Focus点でのレーザー分光（Luminocityが上がる） • ピンポイント不安定核Implantation物性、生物等々の応用研究　　小面積中への複数種不安定核のImplantation

10. Stable Isotopes

11. Half Life > 1 year

12. Half Life > 1 day

13. Half Life > 1 min

14. Half Life > 1 sec

15. Half Life > 1 msec

16. Isotopes in NNDC

17. 112Sn 124Sn Stable Isotopes

18. 112Sn 126Sn Half Live > 1 year

19. 112Sn 126Sn Half Live > 1 day

20. 106Sn 130Sn Half Live > 1 min

21. 101Sn 134Sn Half Live > 1 sec

22. 100Sn 137Sn Half Live > 1 msec

23. 100Sn 138Sn Isotopes in NNDC

24. Odd-Odd Nuclei Stable Isotopes

25. Odd-Odd Nuclei Half Life > 1 year

26. Odd-Odd Nuclei Half Life > 1 day

27. Odd-Odd Nuclei Half Life > 1 min

28. Odd-Odd Nuclei Half Life > 1 sec

29. Odd-Odd Nuclei Half Life > 1 msec

30. Odd-Odd Nuclei Isotopes in NNDC

31. N=Z Nuclei 40Ca Stable Isotopes

32. N=Z Nuclei 44Ti Half Live > 1 year

33. N=Z Nuclei 56Ni Half Live > 1 day

34. N=Z Nuclei 64Ge Half Live > 1 min

35. N=Z Nuclei 96Cd Half Live > 1 sec

36. 100Sn N=Z Nuclei Half Live > 1 msec

37. 100Sn N=Z Nuclei Isotopes in NNDC

38. 物理の芽 アイソスピン非対称核の物理 　不安定核(T0~0)と安定核(T0>0)との比較を行う 　本来アイソスピン依存性を研究するには、T0=0とT0≠0の比較を行うのがベスト 　（中）重核 　安定核および中性子過剰核の物理では、陽子と中性子の　寄与の差（アイソベクトル的寄与）が、アイソスピン依存性　から来ているのか、シェル軌道の違いから来ているのか　分離しにくい。 → N≠Zの安定核とN~Zの不安定核の研究の比較 例: 巨大共鳴、Nuclear Incompressibility, PDR, Neutron Skin、反応機構、密度分布などなど

39. N=Z ラインの物理 • ・IS/IV p-n correlation, mass dependence • ・N=Z even-even 核で Alpha Cluster の発達。　粒子放出閾値に近づくと変化があるか？ • Nuclear Astrophysics • ・Type-1 Supernovae 中の核反応、元素合成過程 • ・Nuclear Astrophysicsで重要な核の励起状態のエネルギー、（部分）幅、スピン・パリティの情報を調べる。 • p-nuclei, p-processの研究

40. Odd-Odd 核の物理 • ※安定核近傍では(3He,t)などの荷電交換反応でも研究可能 • ・余剰陽子、中性子の相関、相互作用 • ・3軸非対称変形、Parity-Doublet, Chiral-Doublet, Wobbling Mode等々、特徴的状態の探索、研究 • ・超寿命Isomer、超寿命Isomer から 基底状態への誘導崩壊 • スピンの大きい基底状態から励起する巨大共鳴。 • Stretched State で構造の不定性を少なくした状況での　核構造、核反応を研究。配位混合の研究。

41. Beta-Decay 　　ベータ崩壊⇔荷電交換反応の直接比較が可能、反応機構 Stimulated Decay (誘導崩壊) ・ Stimulated Proton-Decay ・ Stimulated Alpha-Decay ・ Stimulated Decay of Isomers ・ （核消滅研究への寄与？） 発見されている基底状態は本当に基底状態か（Isomer?） → 基底状態探索 高Q-Value反応、発熱型反応 (n,p)-type CE, 2p pick-up,... Momentum transfer-less 励起機構を適用した研究implantation 標的からのbackground が分離しやすくなるメリットあり

42. (relatively)高スピン基底状態から励起状態への励起(relatively)高スピン基底状態から励起状態への励起 　・高スピン基底状態からの巨大共鳴(高スピン)の励起 　・振動モードの系統的測定 　・Isomer と g.s ２つの状態からの同じ励起状態の励起　反応の比較 　→反応機構の研究 　→天体中での励起状態からの励起反応機構の研究に寄与？ 大変形基底状態との核反応 　・基底回転バンド測定、変形パラメータ　　複数の基底回転バンド→3軸非対称変形？ 　・陽子etc弾性散乱測定による核密度分布測定、　　変形パラメータの系統的測定 　・大変形核の巨大共鳴、励起強度のsplitting

43. 励起状態の中性子崩壊がhinderされる(安定核より陽子過剰)。励起状態の中性子崩壊がhinderされる(安定核より陽子過剰)。 　・陽子崩壊はCoulomb障壁を超える必要がある。　　核構造によっては、遠心力ポテンシャル障壁もある。 　　陽子崩壊⇔γ崩壊の競合過程 　　陽子崩壊⇔α崩壊との競合 　　２p崩壊、 d崩壊 　　（巨大）共鳴状態の微細構造の発達 ・ 核子放出崩壊に対する“超安定核” 　中性子崩壊はフェルミ面が低いことによりhinderされる 　　陽子崩壊はクーロンバリアによりhinderされる

44. Additional Remarks 陽子過剰不安定核にHIを照射して反応させる実験の可能性も。→いまのところあまり有利ではなさそう GMRやPDRのIsospin依存性など既存の物理の進展の可能性も記載。 n-rich 側の構造研究は、ある意味で安定核の励起状態（のアナログ状態）を調べていることになる。（※そうでない研究もある）p-rich 側でN=Z側に近づく場合構造研究には、安定核にアナログが存在しない状態を調べている。

45. γ分光との関係 ・γ分光でできない研究を企画 　多数 ・γ分光への寄与、　回転バンドのスピンパリティ決定や、バンドヘッド、低励起状態との繋ぎなど ・γ分光との組み合わせ（同時測定）　励起状態をタグして、ガンマ崩壊を測るなど、 偏極軽イオンビームとの反応 偏極不安定核と偏極軽イオンビームの反応　

46. Beam: 1 pmA beam (10mmf) = 1013 particles/10mmf Target production 107 nuclei/sec (size 10mmf) life time 100 sec → 109 nuclei/10mmf = 1015 nuclei/cm2に相当 Luminosity = 1013 particles × 1015 nuclei/cm2 = 1028 cm-2 1mb = 10-27 cm2 　 → 10 reactions/sec 1mb/sr　→Solid angle of the GR (1msr) 1 event/100sec for 1mb/sr 　→Solid angle of the LAS (20msr)1 event/5sec for 1mb/sr 1pnA beam × 1mg/cm2標的(A=100)の場合、Luminosity = 1028 cm-2 Typical ｔhickness of an implantation foil: ~1018 nuclei/cm2

47. 必要な装置　＝　Challenges 標的生成用加速器　・ Low Emittance, small beam spot (10mmf)　・ High Intensity ( >> 1 pμA)Recoil Separator、核生成器　・核種を100mm~1mm以上分離して Implant できるか？　・Isobarが異なるcharge state で混じってくるものの分離ができるか　　どうかが鍵になりそう。　　→ Gas-Filled Separator (アクセプタンスは大きくなる、Implantation Spot は大きくなってしまう) 軽イオンビーム加速器　・ Low Emittance, small beam spot (10mmf)　・ High Intensity ( > 1 pμA) Implantation Target (<~1mg/cm2) 　・ Solid Hydrogen target is probably the best　・ Very Isotope Enriched CHO target? 検出器、スペクトロメータ 　・崩壊粒子、多粒子同時測定 　・Implantation 標的からのバックグラウンドの軽減？　高計数検出器　・軽イオンビームのビームスポットが小さくなることを利用した、　　超高分解能測定の可能性（安定核標的を含む）

48. Normal Kinematics⇔Inverse Kinematics との比較 • Inverse Kinematics • 大立体角を覆いやすい。 • 系全体の運動エネルギーが大きいので分解能を出しにくい。角度分解能向上で補う。 • Low-momentum Transfer Reaction などリコイルエネルギーの小さい Missing Mass 測定が難しい • Invariant Mass 法による励起エネルギー測定。　分解能を出しにくい。低相対エネルギー崩壊粒子を測定しやすい。崩壊部分幅が測定しやすい。 • ビーム強度が小さいのでバックグラウンドが少ない。全粒子測定が可能。偶然同時係数が小さい（標的厚によるが）

49. Normal Kinematics⇔Inverse Kinematics との比較 • Inverse Kinematics • Fusion 生成物などビームエネルギーが小さいと標的を厚くできない。再加速するとビーム量が減る。 Normal Kinematics Inverse Kinematics

50. Additional Remarks on the Experimental Feasibility 標的を原子炉で生成したり、ビーム照射で生成したりする可能性もあるであろう。 （生成物の比率が全体に比べて小さくなりがちであるが） ビームタイムを有効活用するために、標的部分を覆う大立体核の高速同時計測検出器も検討すべき。 γ線etc同時計測は、S/N向上に役立つ。しかしイベント量は減る。