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論文

Multi-reflection time-of-flight mass spectroscopy for superheavy nuclides

Schury, P.*; 伊藤 由太; 庭瀬 暁隆*; 和田 道治*

Atoms (Internet), 11(10), p.11100134_1 - 11100134_13, 2023/10

https://doi.org/10.3390/atoms11100134

The atomic masses of isotopes of elements beyond fermium, which can presently only be produced online via fusion-evaporation reactions, have until recently been determined only from $$alpha$$ decay chains reaching nuclides with known atomic masses. Especially in the case of lower-yield nuclides, for which the sufficiently detailed nuclear spectroscopy required to fully determine the nuclear structure is not possible, such indirect mass determinations may suffer systematic errors. For many superheavy nuclides, their decay chains end in spontaneous fission or in $$beta$$-decay prior to reaching nuclides of known mass. To address this dearth of accurate atomic masses, we have developed a multi-reflection time-of-flight mass spectrograph that can make use of decay-correlations to accurately and precisely determine atomic masses for the very low-yield superheavy nuclides.

論文

Study of the $$N=32$$ and $$N=34$$ shell gap for Ti and V by the first high-precision multireflection time-of-flight mass measurements at BigRIPS-SLOWRI

飯村 俊*; Rosenbusch, M.*; 高峰 愛子*; 角田 佑介*; 和田 道治*; Chen, S.*; Hou, D. S.*; Xian, W.*; 石山 博恒*; Yan, S.*; et al.

Physical Review Letters, 130(1), p.012501_1 - 012501_6, 2023/01

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.012501
 被引用回数：13 パーセンタイル：88.25(Physics, Multidisciplinary)

The atomic masses of $$^{55}$$Sc, $$^{56,58}$$Ti, and $$^{56-59}$$V have been determined using the high-precision multireflection time-of-flight technique. The radioisotopes have been produced at RIKEN's Radioactive Isotope Beam Factory (RIBF) and delivered to the novel designed gas cell and multireflection system, which has been recently commissioned downstream of the ZeroDegree spectrometer following the BigRIPS separator. For $$^{56,58}$$Ti and $$^{56-59}$$V, the mass uncertainties have been reduced down to the order of 10 keV, shedding new light on the $$N=34$$ shell effect in Ti and V isotopes by the first high-precision mass measurements of the critical species $$^{58}$$Ti and $$^{59}$$V. With the new precision achieved, we reveal the nonexistence of the $$N=34$$ empirical two-neutron shell gaps for Ti and V, and the enhanced energy gap above the occupied $$nu$$p$$_{3/2}$$ orbit is identified as a feature unique to Ca. We perform new Monte Carlo shell model calculations including the $$nu$$d$$_{5/2}$$ and $$nu$$g$$_{9/2}$$ orbits and compare the results with conventional shell model calculations, which exclude the $$nu$$g$$_{9/2}$$ and the $$nu$$d$$_{5/2}$$ orbits. The comparison indicates that the shell gap reduction in Ti is related to a partial occupation of the higher orbitals for the outer two valence neutrons at $$N = 34$$.

論文

Ground-state $$beta$$-decay spectroscopy of $$^{187}$$Ta

向井 もも*; 平山 賀一*; 渡辺 裕*; 渡邉 寛*; 小浦 寛之; Jeong, S. C.*; 宮武 宇也*; Brunet, M.*; 石澤 倫*; Kondev, F. G.*; et al.

Physical Review C, 105(3), p.034331_1 - 034331_6, 2022/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.105.034331
 被引用回数：7 パーセンタイル：72.81(Physics, Nuclear)

Beta-decay spectroscopy of the $$^{187}$$Ta ground state was performed at the KEK Isotope Separation System. $$beta$$-delayed $$gamma$$ rays corresponding to the previously reported in-beam transitions were observed. The $$beta$$-decay half-life of the $$^{187}$$Ta ground state was determined to be 283(10) s by analyzing a time spectrum of $$beta$$-$$gamma$$ coincidence events. The $$beta$$-decay branching ratio and log($$ft$$) values were evaluated for the first time. Based on the newly evaluated log($$ft$$) values of $$>$$6.0 and a decay scheme, spin-parity values of I$$^pi$$ = 7/2$$^+$$ originating from the odd-proton orbit $$pi$$7/2[404] were assigned with high confidence, which is consistent with the systematics of neighboring odd-A nuclides.

論文

First high-precision direct determination of the atomic mass of a superheavy nuclide

Schury, P.*; 伊藤 由太; 小浦 寛之; 他25名*

Physical Review C, 104(2), p.L021304_1 - L021304_7, 2021/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.104.L021304
 被引用回数：18 パーセンタイル：88.94(Physics, Nuclear)

We present the first direct measurement of the atomic mass of a superheavy nuclide. Atoms of $$^{257}$$Db (Z=105) were produced online at the RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science using the fusion-evaporation reaction $$^{208}$$Pb($$^{51}$$V, 2n)$$^{257}$$Db. The gas-filled recoil ion separator GARIS-II was used to suppress both the unreacted primary beam and some transfer products, prior to delivering the energetic beam of $$^{257}$$Db ions to a helium gas-filled ion stopping cell wherein they were thermalized. Thermalized $$^{257}$$Db$$^{3+}$$ ions were then transferred to a multireflection time-of-flight mass spectrograph for mass analysis. An alpha particle detector embedded in the ion time-of-flight detector allowed disambiguation of the rare $$^{257}$$Db$$^{3+}$$ time-of-flight detection events from background by means of correlation with characteristic $$alpha$$ decays. The extreme sensitivity of this technique allowed a precision atomic mass determination from 11 events. The mass excess was determined to be 100063(231)$$_{rm stat}$$(132)$$_{rm sys}$$ keV/c$$^{2}$$. Comparing to several mass models, we show the technique can be used to unambiguously determine the atomic number as Z=105 and should allow similar evaluations for heavier species in future work.

論文

Beta decay of the axially asymmetric ground state of $$^{192}$$Re

渡邉 寛*; 渡辺 裕*; 平山 賀一*; Andreyev, A. N.; 橋本 尚志*; Kondev, F. G.*; Lane, G. J.*; Litvinov, Yu. A.*; Liu, J. J.*; 宮武 宇也*; et al.

Physics Letters B, 814, p.136088_1 - 136088_6, 2021/03

https://doi.org/10.1016/j.physletb.2021.136088
 被引用回数：7 パーセンタイル：58.46(Astronomy & Astrophysics)

The $$beta$$ decay of $$^{192}_{75}$$Re$$_{117}$$, which lies near the boundary between the regions of predicted prolate and oblate deformations, has been investigated using the KEK Isotope Separation System (KISS) in RIKEN Nishina Center. The ground state of $$^{192}$$Re has been assigned $$J^{pi}$$ = $$(0^{-})$$ based on the observed $$beta$$ feedings and deduced log$$ft$$ values towards the $$0^{+}$$ and $$2^{+}$$ states in $$^{192}$$Os, which is known as a typical $$gamma$$-soft nucleus. The shape transition from axial symmetry to axial asymmetry in the Re isotopes is discussed from the viewpoint of single-particle structure using the nuclear Skyrme-Hartree-Fock model.

論文

First direct mass measurements of nuclides around $$Z$$ = 100 with a multireflection time-of-flight mass spectrograph

伊藤 由太*; Schury, P.*; 和田 道治*; 新井 郁也*; 羽場 宏光*; 平山 賀一*; 石澤 倫*; 加治 大哉*; 木村 創大*; 小浦 寛之; et al.

Physical Review Letters, 120(15), p.152501_1 - 152501_6, 2018/04

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.152501
 被引用回数：66 パーセンタイル：92.56(Physics, Multidisciplinary)

冷たい核融合反応および熱い融合反応によって生成した変形閉殻中性子数152の近傍に位置する原子核$$^{246}$$Es, $$^{251}$$Fm、および超フェルミウム原子核$$^{249-252}$$Md, $$^{254}$$Noの質量の直接測定を、多反射時間飛行質量分析装置(MR-TOF)を用いて実施した。$$^{246}$$Esおよび$$^{249,250,252}$$Mdの質量測定は世界で初めての成果である。さらに$$^{249,250}$$Mdの質量を$$alpha$$崩壊連鎖のアンカーポイントとして用いて$$^{261}$$Bhおよび$$^{266}$$Mtまでの重い原子核の質量を決定した。これらの新測定された質量を理論質量計算と比較し、巨視的・微視的模型の予測値と良い一致が見られることを示した。近接する3つの質量値から求められる経験的殻ギャップエネルギー$$delta_{2n}$$を今回の質量値から求め、MdおよびLrに対する変形閉殻中性子数$$N=152$$の存在を裏付ける結果を得た。

論文

Observation of doubly-charged ions of francium isotopes extracted from a gas cell

Schury, P.*; 和田 道治*; 伊藤 由太*; 加治 大哉*; 羽場 宏光*; 平山 賀一*; 木村 創大*; 小浦 寛之; MacCormick, M.*; 宮武 宇也*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 407, p.160 - 165, 2017/06

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2017.06.014
 被引用回数：16 パーセンタイル：79.63(Instruments & Instrumentation)

Ac, Ra, FrやRnといった様々な同位体を$$^{48}$$Caビームを用いた原子核融合-蒸発反応にて生成した。エネルギーを持ったイオンはヘリウムガスセル内で止まり、そして引き出される。引き出された個々のイオンは多反射時間飛行質量分光器を用いて同定されるが、アルカリ金属であるFrを含むイオンの荷電状態の主要な価数が(+1価でなく)+2価となるという結果を観測した。

論文

First online multireflection time-of-flight mass measurements of isobar chains produced by fusion-evaporation reactions; Toward identification of superheavy elements via mass spectroscopy

Schury, P.*; 和田 道治*; 伊藤 由太*; 加治 大哉*; 新井 郁也*; MacCormick, M.*; Murray, I.*; 羽場 宏光*; Jeong, S.*; 木村 創大*; et al.

Physical Review C, 95(1), p.011305_1 - 011305_6, 2017/01

AA2016-0638.pdf:0.71MB

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.95.011305
 被引用回数：48 パーセンタイル：95.12(Physics, Nuclear)

多反射時間飛行質量分析装置を理化学研究所設置の気体充填型反跳分離装置-II型(GARIS-II)と連結したガスセルに配置し、$$alpha$$崩壊連鎖を伴う重原子核の質量の直接測定を実施した。融合-蒸発反応で生成された原子核をGARIS-IIを用いて分離し、ヘリウムガスセルで止めて目的の原子核を捕集した。本実験で$$^{204}$$Fr-$$^{204}$$Rn-$$^{204}$$At-$$^{204}$$Po, $$^{205}$$Fr-$$^{205}$$Rn-$$^{205}$$At-$$^{205}$$Po-$$^{205}$$Bi及び$$^{206}$$Fr-$$^{206}$$Rn-$$^{206}$$Atの3つの同重体鎖の時間飛行スペクトルが観測された。その結果、$$^{204-206}$$Fr, $$^{204,205}$$Rn、そして$$^{204,205}$$Atの原子質量値が精密に決定された、今回の解析において、$$^{205}$$Bi, $$^{204,205}$$Po, $$^{206}$$Rn、そして$$^{206}$$Atの同定は10個以下という少量のイオン数でなされた。この成果は 次のステップとして実施する予定である(生成量が極少量の)超重元素イオンの質量分析につながる成果となる。

論文

$$beta$$-decay half-lives of 110 neutron-rich nuclei across the $$N$$=82 shell gap; Implications for the mechanism and universality of the astrophysical $$r$$ process

Lorusso, G.*; 西村 俊二*; Xu, Z. Y.*; Jungclaus, A.*; Shimizu, Y.*; Simpson, G. S.*; S$"o$derstr$"o$m, P.-A.*; Watanabe, H.*; Browne, F.*; Doornenbal, P.*; et al.

Physical Review Letters, 114(19), p.192501_1 - 192501_7, 2015/05

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.192501
 被引用回数：174 パーセンタイル：97.85(Physics, Multidisciplinary)

The $$beta$$-decay half-lives of 110 neutron-rich isotopes of the elements from Rb to Sn were measured at the RIBF Facility at RIKEN, Japan. The new data demonstrate the persistence of shell structure far from stability and have direct implications for the $$r$$-process calculations. In particular, the new half-lives have a global impact on the calculated $$r$$-process elemental abundances, and alleviate the underproduction of isotopes just above and below the A=130 peak, which in the past required the introduction of shell structure modifications. Reaction-network calculations based on the new data reinforce the notion that the r-process abundance pattern may result from the freeze-out of a (n,$$gamma$$)$$_leftarrow^{rightarrow}$$($$gamma$$,n) equilibrium.

論文

A Multi-reflection time-of-flight mass spectrograph for short-lived and super-heavy nuclei

Schury, P. H.*; 和田 道治*; 伊藤 由太*; Naimi, S.*; 園田 哲*; 三田 浩希*; 高峰 愛子*; 岡田 邦宏*; Wollnik, H.*; Chon, S.*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 317(Part B), p.537 - 543, 2013/12

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2013.06.025
 被引用回数：29 パーセンタイル：88.75(Instruments & Instrumentation)

極短寿命の原子核の高精度質量測定を実現する目的のために、理化学研究所において多反射時間飛行法(MRTOF)による質量分析を実施した。とりわけ大きな興味の対象としているのはr過程元素合成や超ウラン原子核の質量測定である。このような原子核に対しては、MRTOFはこれまで伝統的に質量測定に使われてきたペニングトラップ法に比べてよりよいパフォーマンスを与えることができる。われわれはMRTOFが与える質量測定の相対精度が$$10^{-7}$$にまで達し、そして重く、短寿命な原子核に適用可能であることをいくつかの実例を示しながら紹介する。

論文

Development of a resonant laser ionization gas cell for high-energy, short-lived nuclei

園田 哲*; 和田 道治*; 富田 英生*; 坂本 知佳*; 高塚 卓旦*; 古川 武*; 飯村 秀紀; 伊藤 由太*; 久保 敏幸*; 松尾 由賀利*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 295, p.1 - 10, 2013/01

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2012.10.009
 被引用回数：21 パーセンタイル：81.61(Instruments & Instrumentation)

ガスセル中でのレーザー共鳴イオン化を用いた新しいタイプのイオン源を開発した。このイオン源は、ガスセル中に入射した放射性核種の原子を、レーザーでイオン化して、オンラインで質量分離するためのものである。このイオン源の特長は、ガスセルからイオンを引き出す出口に六極イオンガイドを付けて差動排気することにより、同位体分離装置を高真空に保ちながらガスセルの出口径を大きくした点にある。これによって、ガス中でイオン化されたイオンの引出し時間が短くなり、より短寿命の放射性核種の分離が可能となった。このイオン源は、理化学研究所の放射性イオンビーム施設(RIBF)で使用される予定である。

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