1 / 41

不安定核の質量測定

不安定核の質量測定. 教科書より 質量分析法による測定 SPEG-GANIL における測定 核反応による測定 非束縛核 13 Be の質量測定 いずれも現在の主流ではない。. 原子核の質量測定の歴史. 1912 年 J.J.Thomson の実験。 磁場 と 電場 を利用して質量を測定. SPEG in GANIL における実験 NPA616(1997)329c. 非束縛核の質量測定. 13 Be の質量測定： NPA636(1998)419. 現在の不安定核の質量測定法は主に二つ。 トラップによる質量測定

lonato
Download Presentation

不安定核の質量測定

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 不安定核の質量測定 教科書より • 質量分析法による測定 SPEG-GANILにおける測定 • 核反応による測定 非束縛核13Beの質量測定 いずれも現在の主流ではない。

  2. 原子核の質量測定の歴史 1912年 J.J.Thomsonの実験。 磁場と電場を利用して質量を測定

  3. SPEG in GANILにおける実験 NPA616(1997)329c

  4. 非束縛核の質量測定 13Beの質量測定：NPA636(1998)419

  5. 現在の不安定核の質量測定法は主に二つ。 • トラップによる質量測定 • 蓄積リングによる質量測定（ESRあるいはサイクロトロン） いずれもサイクロトロン周波数(fc)の測定が基本原理。

  6. 不安定核の質量測定 イオントラップ、蓄積リング 不安定核を蓄積し周回させサイクロトロン周波数を測定する。 1989ノーベル賞 H.G.Dehmelt, W.Paul

  7. Penning Trap 磁場の回りに サイクロトロン周波数 電場の回りに マグネトロン周波数 PR425(2006)1

  8. トラップにおける質量測定 ISOLと組み合わせた例：ISOLDE-TRAP ~10-7 PRL93(2004)161104

  9. 入射核破砕片分離器と組み合わせた例：MSU-TRAP入射核破砕片分離器と組み合わせた例：MSU-TRAP PRL96(2006)152501

  10. 蓄積リングによる質量測定 ESR in GSI

  11. 蓄積リング内の周波数のずれ • f=v/CC:閉軌道 (1) • 運動量:pのずれと閉軌道のずれには以下の関係がある。aをmomentum compaction factorと言う。 (2) (1)と(2)式から (3) が求められる。

  12. gtg Mass measurements in ESR/GSI

  13. SMSの結果 １粒子が検出できる！ 高分解能（~10-7） クーリングに10秒以上かかる。

  14. IMSの結果 短寿命核(T1/2<100ms)が測定できる。 分解能は~10-5

  15. Mass measurements in cyclotron (GANIL) (NIM B126(1997)334) PID is possible. Good mass resolution: ~10-6. Acceleration Small m/q acceptance (~10-4)

  16. ECR RILAC AVR GARIS RIPS fRC RRC SRC BigRIPS IRC Rare-RI Ring in RIKEN RIBF Three main parts • Long injection beam line • Fast kicker system • Cyclotron-like storage ring • Similar to IMS in ESR • Measurement time < 1ms • For short-lived RI • High resolution Δm/m～10-6 • High efficiency • Individual Injection • Large momentum acceptance (~1%) • Particle identification

  17. Trigger signal cable (~140m) Measurement Scheme Plastic scintillator resolution < 100ps B SRC A @F3 RI beams Cyclotron-like Storage Ring Kicker BigRIPS Individual injection method Trigger signal ~ 1.33μs vs. Flight time of particle ~ 1.38μs A to Kicker ~ 235m PID C Long injection beam line B to C: TOF measurement ~ 1000 turns (~1ms)

  18. Region to be measured by rare RI Ring U R process A/Z=3 (Limit in Rare-RI ring)

  19. 不安定核の質量測定から何が分かるか？ Mass evaluation について • Atomic Mass Data Center (AMDC)で定期的に質量の評価が行われている。 • http://www.nndc.bnl.gov/amdc/ • 最新結果はNPA729(2003)に掲載

  20. 魔法数に関して Sn=M(A-1,Z)+Mn-M(A,Z) • Snをプロットすると魔法数が見える。 「原子核物理学」（八木浩輔著）より

  21. Stable Even Z Unstable Sn (MeV) Stable Odd Z Unstable PRL84(2000)5493 N 中性子過剰側で16が魔法数

  22. どうして不安定核で魔法数が変化するか？ PRL84(2000)5493より PRL87(2001)082502より 現在はN=28でどうなっているか研究されている。

  23. 宇宙元素合成 Solar system matter Abundances ( Si=106) Mass number U R process • How are stable nuclei created • in universe ? • Can we reproduce observed abundances ?

  24. 宇宙はいかに原子核を作ったか？ 元素合成のシナリオ U 陽子数 1983年ノーベル賞 W.A.Fowler 安定核 s-process rp-process CNO- cycle 融合反応Fe付近まで CNO -cycle r-process a-capture (8Li(a,n)11B) 中性子数

  25. 原子核の束縛エネルギー B=ZM(p)+(A-Z)M(n)-M(AZ) Fe周辺の元素が最も高い 束縛エネルギーを持っている Feまでの融合反応は発熱反応 例、3a12C+g+7.3 MeV

  26. Feより重い元素の合成 116 117 118 115 116 112 113 114 115 ウランはどうやってできたのか？ U Feのコア重力収縮中性子過剰 陽子数 中性子吸収反応が進む 安定核 s-process rp-process Sn CNO -cycle In r-process Cd s-processの例 a-capture (8Li(a,n)11B) 中性子数

  27. 元素比と合成過程

  28. 中性子吸収反応 ベータ崩壊 A-1Z+n 質量 質量 AZ AZ A(Z+1) 超新星爆発？ 中性子吸収反応 vs ベータ崩壊 ウラン元素合成過程 (r過程) 質量測定が鍵

  29. r-過程を解明するための物理量 天体パラメタ　：環境温度(T)、中性子密度(Nn)、時間経過(t) 核物理パラメタ：質量(Sn)、崩壊様式(lb, ldn, ldf,etc)、核反応率(s) r-processはどうやって決まるか？ 仮定 1： (n,g)-(g,n)平衡状態(waiting point approx. ) 仮定 2：定常的生成・消滅(steady flow approx.)

  30. 熱核反応の復習 • 反応の確率は（断面積）（相対速度）（粒子密度）に比例する。 • 反応断面積はクーロン障壁の透過確率で決まる • 相対速度は温度Tがマクスウェル分布するとして 荷電粒子の場合

  31. よりE=kTでピークとなる。 • 反応率 • X+Y?の反応のXのMean lifetime ガモフの山 E. Rolfs and S. Rodney, Cauldron in the Cosmos

  32. E12 E34 1+2 Q-value 複合核 • 1+23+4, Q>0という反応を考える。 • 1+23+4と3+41+2の間には個別釣り合いの原理が成り立つ。 3+4

  33. ガンマ線を含む反応場合：1+23+ • フォトンの数は、プランクの放射光式より、

  34. t=1/l • X(a,g)Y反応の寿命の比 • (n,)と(,n)が釣り合っているとすると、 • Nn=1024 n/cm3, T9=1として、Qn(=Sn)~2MeVである。 r-processパスを与える式 （魔法数にそって進む） 質量公式から計算できる！

  35. 質量公式によるr-processの違い

  36. Abundanceはどうやって決まるか？ • ある原子核(AZ)のabundanceの時間依存性 • 平衡に達すれば、 NZ1/Z=(Z) b-decay life-timeで決まる。

  37. GTを含んだ場合のft値は以下の式。 • 質量からfが計算できる。すなわち、質量から半減期tが予測できる。 核理論的に計算できる量

  38. r-process abundanceの理論的予想 観測結果 理論予想 “Cauldron in the Cosmos” C.E.Rolfs and W.S.Rodney

  39. r-processの実験的な検証の現状

  40. r-processの実験的研究の今後の課題 • 原子核は本当に存在するのか？ • 質量測定 • 寿命測定 • 不安定核領域の魔法数は？

  41. まとめ • 最近の質量測定はイオントラップと蓄積リング。 • 理研では、Rare RI Ringプロジェクトが進行中。 • 不安定核の質量測定重要性：魔法数。宇宙元素合成。 • Rプロセスでは、質量の測定が鍵である。

More Related