Development of spin-polarized positron source using high energy proton beam

高エネルギー陽子線を使用したスピン偏極陽電子源の開発

前川 雅樹; 深谷 有喜   ; 薮内 敦; 河裾 厚男

Maekawa, Masaki; Fukaya, Yuki; Yabuuchi, Atsushi; Kawasuso, Atsuo

スピン偏極陽電子を用いると、物質内部や表面・界面の余剰スピンの検出が可能となり、スピントロニクス材料分野へ応用できる。高い偏極率と強度を持つ陽電子源として、われわれはGeに注目した。これは半減期280日で壊変し、娘核Gaが放出する最大エネルギー1.9MeVの陽電子を利用する。理論上のスピン偏極率は90%である。線源の生成には高エネルギー陽子線によるGa(p,2n)Ge反応を用いる。ターゲットとして液体Ga及びGaN結晶を選択した。生成率は0.160.24MBq/A/hであった。放出される陽電子のスピン偏極率をパラポジトロニウム消滅割合の磁場反転依存性を用いて測定したところ、90%程度であることが確認された。

Using spin-polarized positrons, the excess spins in magnetic substances can be detected. For efficient measurements with spin-polarized positrons, a strong enough source emitting highly polarized positrons is needed. For this purpose, we focus on a Ge radioisotope. This radioisotope decays to Ga with a half-life of 280 days. The endpoint positron energy is 1.9 MeV and hence the theoretical longitudinal spin polarization is approximately 94%. This radioisotope can be produced though the nuclear reaction of Ga (p,2n) Ga. In this study, we report the production of Ge by proton irradiation. We examined a metal form Ga stable isotope and a GaN substrate as target materials. When the metal Ga targets were used, the production rates of Ge were 0.16 and 0.14 MBq/A/h for 20 and 25 MeV, respectively. Using the GaN target, it was 0.24 MBq/A/h. Thus, Ge radioisotopes were generated in both targets. The spin polarizations of positrons emitted from Ge and Na were estimated to be approximately 90% and 30%, respectively.