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論文

重元素・超重元素の科学(原子核物理); 超重核の殻構造を実験的に探る

浅井 雅人

Radioisotopes, 67(6), p.291 - 298, 2018/06

超重核の存在限界や安定性は原子核の殻構造に本質的に依存する。理論的には陽子数114$$sim$$126、中性子数172$$sim$$184の領域に球形で安定な二重閉殻構造を持つ超重核の存在が予想されているが、その閉殻の位置や強さは理論によって大きく異なり、確立されているとは言い難い。一方で、最近の実験技術の進歩により超重核の殻構造に関する実験データが少しずつ蓄積されており、半減期や質量などの安定性に関する情報だけでなく、核分光学的手法により超重核の基底状態や励起準位の構造を直接的に明らかにしようとする試みも行われつつある。本稿では、それら超重核の殻構造に関する実験的研究の現状を紹介する。

論文

$$gamma$$-ray spectroscopy of hypernuclei; Recent results and prospect at J-PARC

田村 裕和*; 江川 弘行; 長谷川 勝一; 早川 修平; 細見 健二; Hwang, S.; 市川 裕大; 今井 憲一; 佐甲 博之; 佐藤 進; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 17, p.011004_1 - 011004_11, 2017/07

The present status and future prospects of precision $$gamma$$-ray spectroscopy of $$Lambda$$ hypernuclei are described. A new experiment (J-PARC E13) has been performed at the J-PARC K1.8 line employing a newly-developed germanium (Ge) detector array, Hyperball-J, via the $$(K^-,pi^-)$$ reaction on $$^4$$He and $$^{19}$$F targets. This is the first study of $$s$$-shell and $$sd$$-shell $$Lambda$$ hypernuclei with Ge detectors. The $$^4$$He target spectrum exhibited a $$gamma$$-ray peak of $$^4_{Lambda}{rm He}(1^+to 0^+)$$ at $$1.406 pm 0.002 pm 0.002$$ MeV. Compared with the energy ($$1.09 pm 0.02$$ MeV) of the corresponding transition for the mirror hypernucleus, $$^4_{Lambda}{rm H}(1^+to 0^+)$$, the present result clearly indicates a large charge symmetry breaking (CSB) effect. This decisive data for CSB allows a stringent test of baryon-baryon interaction models. As for the $$^{19}$$F target run, a preliminary spectrum shows several $$gamma$$-ray peaks assigned to $$^{19}_{Lambda}{rm F}$$ transitions. Future plans of $$gamma$$-ray spectroscopy are also discussed.

論文

Search for neutron excitations across the $$N=20$$ shell gap in $$^{25-29}$$Ne

Belleguic, M.*; Azaiez, F.*; Dombr$'a$di, Zs.*; Sohler, D.*; Lopez-Jimenez, M. J.*; 大塚 孝治*; Saint-Laurent, M. G.*; Sorlin, O.*; Stanoiu, C.*; 宇都野 穣; et al.

Physical Review C, 72(5), p.054316_1 - 054316_7, 2005/11

 被引用回数:38 パーセンタイル:9.13(Physics, Nuclear)

原子核の殻構造が不安定核で変化する可能性が指摘されているが、その是非を明らかにするにはいわゆる侵入者状態の励起エネルギーを系統的に調べることが必要である。この論文では、GANIL研究所で不安定核$$^{26-28}$$Neの新たな準位を見つけ、その結果を原研らのグループによってなされたモンテカルロ殻模型計算の結果と比較したものである。これらの不安定核を$$^{36}$$S$$^{16+}$$ビームの入射核破砕反応によって生成し、脱励起$$gamma$$線を観測することにより、新しい準位を見つけた。$$^{26,27}$$Neにおいては、観測された準位は$$sd$$殻を仮定した殻模型計算の結果とよく一致し、低励起状態において侵入者状態は見つからなかった。一方、この実験で新たに見つかった$$^{28}$$Neにおける2.24MeVの状態は、旧来の$$sd$$殻模型で対応するものが存在しないため、侵入者状態が支配的と考えられる。実際、モンテカルロ殻模型計算によって2.2MeV付近にこのような$$0^+$$状態があると予言される。この実験で得られたN=18核における非常に低い$$0^+$$状態の存在は、不安定核においてN=20の殻ギャップが非常に狭まっていなくては説明できず、不安定核で魔法数が消滅するメカニズムの解明に大きな知見を与えるものである。

論文

Identification of the $$K^pi=11/2^+$$ isomer in neutron-rich $$^{187}$$W

静間 俊行; 早川 岳人; 御手洗 志郎*; 森川 恒安*; 石井 哲朗

Physical Review C, 71(6), p.067301_1 - 067301_4, 2005/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:55.25(Physics, Nuclear)

深部非弾性散乱反応を用いて、中性子過剰核$$^{187}$$Wの励起状態を生成した。反応チャンネルの選別のため、ビーム様フラグメントをシリコン検出器を用いて測定した。また、ゲルマニウム検出器を用いて、遅延$$gamma$$線の測定を行った。その結果、$$^{187}$$Wにおいて、励起エネルギー411keVに、新たに1.56(28)マイクロ秒の核異性体の観測に成功した。近傍の原子核の準位構造から、この核異性体は、$$11/2^+$$[615]準粒子配位を持つことがわかった。

論文

A New isomer in $$^{136}$$Ba populated by deep inelastic collisions

静間 俊行; Gan, Z. G.*; 小川 建吾*; 中田 仁*; 大島 真澄; 藤 暢輔; 早川 岳人; 初川 雄一; 菅原 昌彦*; 宇都野 穣; et al.

European Physical Journal A, 20(2), p.207 - 210, 2004/04

 被引用回数:12 パーセンタイル:28.26(Physics, Nuclear)

深部非弾性散乱反応により$$^{136}$$Baの核異性体の同定に成功した。$$gamma$$線の同時計測データーの解析から、核異性体の励起エネルギーを3357keV、スピン及びパリティを10$$^+$$と決定した。また、$$gamma$$線の時間相関の分析から、核異性体の半減期として、94$$pm$$10nsを得た。さらに、殻模型計算から、核異性体に対して、2つの中性子が$$h_{11}$$軌道をとる配位であることを明らかにした。

論文

High-spin structure in $$^{185}$$Os

静間 俊行; 御手洗 志郎*; Sletten, G.*; Bark, R. A.*; Gjorup, N. L.*; Jensen, H. J.*; Piiparinen, M.*; Wrzesinski, J.*; 清水 良文*

Physical Review C, 69(2), p.024305_1 - 024305_18, 2004/02

 被引用回数:11 パーセンタイル:39.28(Physics, Nuclear)

$$^{176}$$Yb($$^{13}$$C,4n)反応を用いて、$$^{185}$$Os原子核の高スピン構造の実験的研究を行った。その結果、これまで知られていた1準粒子配位に基づくほとんどの回転帯に対して、より高い励起準位まで観測することに成功した。また、新たに、多準粒子配位に基づく回転帯を発見し、g因子の測定により、ニルソン配位を決定した。さらに、励起エネルギー5008keVに、半減期18ナノ秒を持つ、新しい核異性体の同定に成功した。本論文では、K禁止の度合いについて、量子トンネリング模型と比較分析を行う。

論文

High spin states in $$^{158}$$Dy

早川 岳人; 藤 暢輔; 大島 真澄; 松田 誠; 初川 雄一; 静間 俊行; 片倉 純一; 飯村 秀紀; 御手洗 志郎*; Zhang, Y.*; et al.

Physical Review C, 68(6), p.067303_1 - 067303_4, 2003/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:76.42(Physics, Nuclear)

原研のタンデム加速器を用いて12Cビームを加速し、150Nd金属薄膜に照射することで完全核融合反応を起し、158Dyの励起状態を生成した。158Dyの励起状態から放射された$$gamma$$線を多重$$gamma$$線検出装置でインビーム$$gamma$$線核分光を行い、158Dyの高スピン状態を観測した。6個の回転バンドと、多数のバンド間の遷移を観測した。新たに発見した2個のバンドは典型的なhigh-Kバンドである。2つのサイドバンドは既に知られていたが、物理的な本質は不明であった。$$gamma$$線の角度分布の測定よりバンド間遷移のスピンを決定し、近傍の原子核とバンドエネルギーを比較することで、この2つのバンドがオクタポールバンドであると結論した。

論文

Inelastic excitation of $$^{187}$$Re

静間 俊行; 藤 暢輔; 大島 真澄; 菅原 昌彦*; 松田 誠; 早川 岳人; 小泉 光生; 長 明彦; Zhang, Y. H.*; Liu, Z.*

European Physical Journal A, 17(2), p.159 - 165, 2003/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:43.3(Physics, Nuclear)

加速エネルギー500MeVの$$^{82}$$Seビームを$$^{187}$$Reに照射し、非弾性散乱反応により、$$^{187}$$Re原子核の励起状態を生成した。放出$$gamma$$線をゲルマニウム検出器により計測した。その結果、$$5/2^+$$[402]と$$9/2^-$$[514]の準粒子配位をもつ2つの回転バンドについて、それぞれ、$$I^pi=(21/2^+)$$ and $$(21/2^-)$$まで観測でき、そのバンド構造は、回転模型により説明できることを明らかにした。また、励起エネルギー1682keVに、新たに半減期114(23)nsの核異性体を発見した。この核異性体の準粒子配位や、崩壊機構について議論する。

論文

Projectile Coulomb excitation of $$^{78}$$Se

早川 岳人; 藤 暢輔; 大島 真澄; 長 明彦; 小泉 光生; 初川 雄一; 宇都野 穣; 片倉 純一; 松田 誠; 森川 恒安*; et al.

Physical Review C, 67(6), p.064310_1 - 064310_6, 2003/06

 被引用回数:11 パーセンタイル:37.71(Physics, Nuclear)

原研のタンデム加速器で加速された$$^{78}$$Seビームを鉛の金属薄膜に照射した。ビームに用いた$$^{78}$$Seは、鉛との多重クーロン励起反応によって高励起状態まで励起された。励起された$$^{78}$$Seから脱励起によって放出された$$gamma$$線と、クーロン散乱された$$^{78}$$Se粒子を同時計測した。$$^{78}$$Seから放出された$$gamma$$線の角度分布,強度を最小二乗フィットコードGOSIAを用いて解析した。その結果、$$gamma$$線の電気遷移確率と励起状態の電気的四重極変形の大きさを得ることができた。その結果を、三軸非対称模型計算と比較して、$$^{78}$$Seが三軸非対称になっていることを明らかにした。

論文

Electric-dipole transition probabilities between yrast bands in $$^{157}$$Gd

早川 岳人; 藤 暢輔; 大島 真澄; 松田 誠; 初川 雄一; 篠原 伸夫; 飯村 秀紀; 静間 俊行; Zhang, Y.*; 菅原 昌彦*; et al.

Physics Letters B, 551(1-2), p.79 - 85, 2003/01

 被引用回数:7 パーセンタイル:49.3

原研のタンデム加速器を用いて加速した136Xeビームを、157Gdの金属薄膜に照射した。157Gdは多重クーロン励起反応によって高スピン状態まで励起された。励起された157Gdから放出された$$gamma$$線を多重$$gamma$$線検出装置を用いてインビーム$$gamma$$線核分光の手法で測定を行った。157Gdのサイドバンド及び、サイドバンドと基底状態バンド間の多数のE1遷移の$$gamma$$線を発見した。これらの計測によって157Gdの正と負のパリティを持つ2つのイラストバンドが明確になった。基底状態バンドの励起状態の半減期はわれわれの過去の研究によって測定されていたので、E1遷移強度を導出することができた。この2つのバンド間のE1遷移は原子核の高励起状態で観測される中では相対的に大強度であり、さらに強い角運動量依存性が存在することを発見した。これらは、E1遷移オペレーターに八重極振動の影響を現象論的に加えることで理解できる。

論文

Rotaional alignment of the h$$_{11/2}$$ band in $$^{157}$$Dy

早川 岳人; 藤 暢輔; 大島 真澄; 松田 誠; 初川 雄一; 片倉 純一; 飯村 秀紀; 静間 俊行; 御手洗 志郎*; 菅原 昌彦*; et al.

European Physical Journal A, 15(3), p.299 - 302, 2002/11

 被引用回数:7 パーセンタイル:54.28(Physics, Nuclear)

原研のタンデム加速器を用いて加速した12Cビームを150Nd金属薄膜に照射することで、完全核融合反応を起し、157Dyの励起状態を生成した。157Dyの励起状態から放射された$$gamma$$線を多重$$gamma$$線検出装置でインビーム$$gamma$$線核分光を行い、157Dyの高スピン状態を観測した。3つの回転バンドを観測し、それぞれ(32/2-),52/2+,45/2-状態まで測定することができた。これらの回転バンドは、典型的な2組のE2遷移のカスケードから構成されている。特にh11/2の配位を持つバンドでは2つのE2遷移のカスケード間に高スピン状態までM1遷移を観測した。B(M1)/B(E2)比と回転軸の変化を、tilted axis cranking modelの計算結果と比較して、良く一致するこが判明した。

論文

High-$$K$$ negative parity states in $$^{184}$$Os

静間 俊行; Stevenson, P. D.*; Walker, P. M.*; 藤 暢輔; 早川 岳人; 大島 真澄; 古野 興平*; 小松原 哲朗*

Physical Review C, 65(6), p.064310_1 - 064310_12, 2002/06

 被引用回数:11 パーセンタイル:41.64(Physics, Nuclear)

$$^{170}$$Er($$^{18}$$O,4n)反応を用いて、$$^{184}$$Os原子核の高スピン状態の研究を行った。その結果、半減期48ナノ秒,$$K^pi=(18^-)$$の核異性体とともに、新しい負パリティ状態の観測に成功した。多準粒子配位の計算から、ニルソン準位による配位を決定した。また、ポテンシャルエネルギー表面の計算結果から、$$^{184}$$Os原子核の高スピン負パリティ状態において、3軸非対称変形が現れることがわかった。さらに、$$K^pi=(18^-)$$の核異性体の崩壊における$$K$$量子数の役割について明らかにした。

論文

Multi-quasiparticle states and ${it K}$-forbidden transitions in $$^{183}$$Os

静間 俊行; 松浦 勝之*; 藤 暢輔; 早川 岳人; 大島 真澄; 初川 雄一; 松田 誠; 古野 興平*; 佐々木 康之*; 小松原 哲朗*; et al.

Nuclear Physics A, 696(3-4), p.337 - 370, 2001/12

 被引用回数:18 パーセンタイル:25.56

$$^{183}$$Osの高スピン状態を、170Er(18O,5n)反応を用いて生成した。その結果、5つの回転バンドを新たに観測し、gファクターから準粒子配位を決定した。また、励起状態 5000MeV程度に、2つの核異性体を観測した。その内の1つは、K量子数43/2を有し、基底状態回転帯(K=9/2)へ、K量子数の差17を伴う遷移をしていることが明らかになった。本論文では、量子力学的トンネリグ模型を用いて、この核異性体の崩壊機構を解明する。

論文

Yrast bands in N=91 isotones

早川 岳人; 大島 真澄; 初川 雄一; 片倉 純一; 飯村 秀紀; 松田 誠; 篠原 伸夫; 藤 暢輔; 御手洗 志郎*; 静間 俊行; et al.

European Physical Journal A, 9(2), p.153 - 156, 2000/10

 被引用回数:11 パーセンタイル:42.63(Physics, Nuclear)

$$^{155}$$Gd原子核ではクーロン励起において基底状態回転バンドとパリティーの異なる回転バンドの原因不明の非常に大きな生成が判明している。このメカニズムを探るために、原研タンデムで重イオンを加速して金属薄膜に照射し、完全核融合-蒸発反応を起こし$$gamma$$線核分光実験を行った。そのデータの中に$$^{153}$$Smの新しい励起状態のデータが含まれていることが判明した。それまで、$$^{153}$$Smの基底状態バンドは21/2$$^{+}$$までしか知られていなかったが33/2$$^{+}$$まで観測することができた。さらに、N=91のisotoneの$$^{155}$$Gdと基底状態バンドと$$gamma$$線のエネルギーが5keV以内で一致しているidentical bandと呼ばれる状態になっていることが判明した。低スピン領域のidentical bandは報告数が少なく貴重である。

論文

Spectroscopic studies of mass-separated heavy nuclei

浅井 雅人; 阪間 稔*; 塚田 和明; 市川 進一; 羽場 宏光; 西中 一朗; 永目 諭一郎; 後藤 真一*; 小島 康明*; 大浦 泰嗣*; et al.

AIP Conference Proceedings 561, p.358 - 367, 2000/09

重核・超重核の核構造や安定性は、これまで高感度の$$alpha$$線測定によって調べられてきた。しかし$$gamma$$線核分光や$$alpha$$崩壊確率の非常に小さい核種を測定する場合、多数の核反応生成物から目的とする核種を分離する必要がある。本研究では、原研タンデム加速器に付設されたオンライン同位体分離装置を用いて短寿命のAm,Cm同位体を分離し、$$alpha$$及び$$gamma$$線核分光を行った。$$^{233,235}$$Amの原子核質量を決定し、予測値より100-200keV小さいことを明らかにした。またされらの$$alpha$$崩壊は主$$alpha$$遷移であることがわかった。$$^{236}$$AmのEC崩壊$$alpha$$線核分光により、$$^{236}$$Amの基底状態と核異性体準位の陽子中性子配位を決定し、娘核の励起準位の性質を明らかにした。

報告書

物質科学シンポジウム「タンデム領域の重イオン科学」研究会; 1999年1月12日~1月13日, 水戸市, 常陽藝文センター

岩本 昭; 吉田 忠; 竹内 末広

JAERI-Conf 99-013, p.234 - 0, 2000/01

JAERI-Conf-99-013.pdf:14.07MB

昭和57年に設置された原研タンデム加速器は、原研のみならず多くの大学、国立研究機関に協力研究等により利用されてきた。平成5年にはタンデムブースターが完成し、豊富なイオン種とともに、重イオンを利用した研究が多くの成果を上げてきた。平成10年度から組織変更に伴い、物質科学研究部に配属されたことを機に、原子核と固体物性関連研究を含めた合同研究会を開催することとした。この研究会を通し、両分野の研究の新展開を図るとともに、新分野の研究立ち上げのきっかけを作れればと期待している。本研究会は、6つのテーマに沿った発表を2日間に渡り開催し、同時にポスターによる詳細な議論をするべく、水戸の会場を借り実施し、延べ180名の参加を得た研究会の報告集である。

論文

Rotational bands of $$^{155}$$Gd

早川 岳人; 大島 真澄; 初川 雄一; 片倉 純一; 飯村 秀紀; 松田 誠; 御手洗 志郎*; 清水 良文*; 大坪 慎一*; 静間 俊行; et al.

AIP Conference Proceedings 495, p.235 - 236, 1999/12

$$^{155}$$Gdの高励起状態を作り、$$^{155}$$Gdから放出される$$gamma$$線を測定することによって、核構造研究を行った。$$^{12}$$Cビームを原研タンデムで加速し、$$^{150}$$Ndの金属ターゲットに照射することによって、($$^{12}$$C,$$alpha$$3n)反応により$$^{155}$$Gdの高励起状態を作り出した。GEMINIを用いて$$gamma$$線の多重測定を行った。3/2$$^{-}$$バンドについては25hのスピンを持つ高励起状態まで初めて観測した。さらに未知の回転バンドを発見した。クランキングシェルモデルと改良したTACモデルで計算を用い、TACでよりよく説明できる。このことは、変形した$$^{155}$$Gd原子核が、回転が上がるにつれ、回転軸方向を変える現象があることを示した。

論文

Rotational bands of $$^{155}$$Gd

早川 岳人; 大島 真澄; 初川 雄一; 片倉 純一; 飯村 秀紀; 松田 誠; 御手洗 志郎*; 清水 良文*; 大坪 慎一*; 静間 俊行; et al.

Nuclear Physics A, 657(1), p.3 - 18, 1999/00

 被引用回数:17 パーセンタイル:29.63

$$^{155}$$Gdの高励起状態を作り、$$^{155}$$Gdから放出される$$gamma$$線を測定することによって、核構造研究を行った。$$^{12}$$Cビームを原研タンデムで加速し、$$^{150}$$Ndの金属ターゲットに照射することによって、($$^{12}$$C,$$alpha$$3n)反応により$$^{155}$$Gdの高励起状態を作り出した。$$^{155}$$Gdは中性子数が比較的多いために、このような核反応によって生成する断面積は小さい。そのために、Si-ballを用いた。GEMINIを用いて$$gamma$$線の多重測定を行った。$$^{155}$$Gdの回転バンドを3個同定した。3/2$$^{-}$$バンドについては高励起状態(25h)まで初めて観測できた。さらに未知の回転状態を発見した。これらの回転状態について、クランキングシェルモデルとTilted Axis Cranking modelで計算を行い、原子核の回転速度が上がるにつれ、回転軸方向が変わる現象があることを示した。

論文

原研高崎ISOLでのビーム利用の現状

長 明彦; 小泉 光生; 関根 俊明; 山本 洋*; 村松 久和*; 大矢 進*; 永井 良三*

「不安定核の理工学及び核計測法 (II)」に関する専門研究会報告書, 0, p.28 - 30, 1997/00

原研高崎AVFサイクロトロンに設置されたオンライン同位体分離器(ISOL)ではサイクロトロンからの一次ビームで生成した核反応生成物や購入した$$^{133}$$Xe放射性ガスを用いた不安定核種のビームを様々な実験に供している。オンライン実験では、核反応生成物をISOLでイオン化・分離した後、$$beta$$-$$gamma$$核分光測定を行っているほか、Si単結晶上で微小な角度で散乱させることで偏極させる技術の開発で偏極の現象及び原子核の電磁気モーメントの研究を行っている。$$^{133}$$Xe放射性ガスのイオン注入は、原子核の有効電荷半径の研究を目的としたメスバウア分光実験用試料で実施した。このほかに医学利用の分野で冠動脈狭窄予防に用いる金属製ステントへのイオン注入を計画している。

論文

High spin states of $$^{132}$$Cs

早川 岳人*; J.Lu*; 古野 興平*; 古高 和禎*; 橋本 奈美*; 斉藤 武彦*; 小松原 哲郎*; 大島 真澄; 初川 雄一; 静間 俊行*; et al.

Z. Phys., A, 357(4), p.349 - 350, 1997/00

原研タンデム加速器を用いて$$^{132}$$Csの核構造の研究を行った。タンデム加速器を用いて$$^{11}$$Bイオンを加速して、$$^{124}$$SnにPbを蒸着した薄膜に照射して、核融合反応を引き起こす。生成された原子核は、高い励起エネルギーと大きな角運動量を持つ励起状態にある。励起状態にある核は安定状態では存在しない様々な形状、運動状態を持つ。原子核が冷える過程で放射される$$gamma$$線をミニクリスタルボールを使って測定し、励起状態を観測した。この実験によって初めて$$^{132}$$Csから放射される$$gamma$$線を測定し、かつ、形状の異なる4種類の回転状態を測定した。なお、この研究は筑波大学との共同研究である。

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