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核子当たり5MeV以上の高品質短寿命核ビームに
よる核物理、核化学、物質科学核物理の将来検討委員会、25-26,July, 2003
提案者:高エネ機構、宮武 他 38名
・ 高エネルギー加速器研究機構:新井重昭、石山博恒、片山一郎、川上宏金、田中雅彦、鄭淳讚、冨澤正人 、野村亨、仁木和昭、渡辺裕・ 日本原子力研究所:浅井雅人、飯村秀紀、池添博、石井哲朗、市川進一、長明彦、大島真澄、小泉光生、左高正雄、竹内末広、塚田和明、藤 暢輔、西尾勝久、永目諭一郎、西中一朗、光岡真一、吉田忠・東北大学サイクロトロンRIセンター:篠塚勉、・新潟大学:大矢進、大坪隆、東京工業大学:旭耕一郎・東京大学:櫻井博儀、久保野茂、・理化学研究所:和田道治、・大阪大学:下田正、・千葉工大:菅原昌彦、・九州大学:森川恒安、・西日本工業大学:小田原厚子
• 提案のねらい
• 再加速型短寿命核実験施設の現状
• 特徴的な研究課題の紹介
• 提案実現に必要な設備・施設
提案のねらい
EURISOLRIA
• 高品質短寿命核ビームによる共同利用実験の開始
一次ビ-ム用加速器
生成標的
実験装置
質量分離装置
・高品質ビ-ム, 加速エネルギ-可変, 高強度[核物理]
核反応機構(融合反応、核子移行反応)核構造(ク-ロン励起、スピン偏極、レ-ザ-)超重元素探索
[天体核物理]核反応率の直接測定(r-過程, rp-過程, CNO)
[学際領域]熱拡散現象、新物質探索、重元素の化学的性質
一次ビ-ム用加速器
生成標的
イオン源
再加速器
実験装置
質量分離装置
IF-typeRIPS, CRIB, JAERI-RMSGANIL. MSU, GSI, Dubna,Notre Dame, Texas A&M,...RIBF, GSI, ...
ISOL-type(KJ-RNB)Louvain-la-Neuve, REX-ISOLDE,SPIRAL, ISAC, HRIBF,EXCYT,BEARS,...ISAC-II, SPIRAL-II, MAFF,..
• MW-Class RNB facilityのための研究基盤の確立
・中高エネルギ-, 短時間質量分離, 中強度[核物理]
核反応機構(破砕反応、核子移行反応)核構造(未知核探索、クーロン励起、二次核反応)
[天体核物理]核反応率の間接測定(r-過程, rp-過程, CNOサイクル)
[学際領域]多重トレ-サ-による生体機能、照射効果
再加速型短寿命核実験施設 の現状
2004年度から
• 1.1 MeV/u RNBによる実験開始(2005年から共同利用を予定)
•核分裂片などの加速
元素合成過程、中性子過剰核の核構造、物質科学
•タンデムとは独立に高強度安定核ビームを供給
材料照射
2004年度以降の早い時期に
≥ 5 MeV/u
中性子過剰核の核反応機構
超重元素の化学
共同利用実験の開始
ビーム(スピン偏極)による核反応などを用いた
特徴的な研究課題
・中性子過剰な中重核によるしきいち近傍での核反応機構融合反応、核子移行反応における中性子スキンの影響超重元素(Z114, N184)の新しい生成法の開拓
・中重核領域での新しい核構造超変形状態の魔法数の存在、安定核の高スピン状態クーロン励起、融合反応
・天体における重元素合成過程r-過程におけるA=195質量ピーク生成核の核分光A=130, 195ピーク比の解明
・超重元素の化学相対論的効果による同族元素の持つ化学的性質の変化単一原子化学による化学的性質の解明
・物質科学への応用熱拡散定数の直接測定β-NMR, 低温偏極法等による物質中の電磁場構造、超微細相互作用
Reaction mechanism with n-rich RNB
• formation mechanism with neutron-rich nuclei near barrier->neutron transfer->neck formation->neutron transfer, inelastic excitation->break-up
phenomenological explanation: Stelson modelY. Watanabe, PhD thesis(‘02), Univ. of Tokyo
Heavy neutron-skin RNB
available neutron-skin nuclei:6He (2 neutron movable)
heavy neutron-skin nuclei:151Cs(10~12 neutron movable)
H. Fukunishi, et al., P.R.C48(‘93)1648.
N=96(~103pps)
Cs
•possible method for SHE production (Z=114, N~184)e.g. 45Ar+248Cm->293114179
entrance fissility=0.795
Neutron-skin Cs-RNBasymmetry reactionsymmetry reaction
Bm
Bm
Bm
Bm
• sensitivity for residue detection:α-emitter as a compound nucleiscattering chambere.g. ACs+71Ga=(A+71)Rn
• ERNB < 5 MeV/u,IRNB >103pps
• suppression forinelastic channel:
light inert nucleus as a targetmass-separation with RMSe.g. ACs+12C=(A+12)Pm
• ERNB < 5 MeV/u,IRNB >103pps
Barrier height at distance[MeV / fm]Bm Bt(Cs->tgt) Bt(tgt->Cs)
upper: 189.36 / 12.02 172.56 / 14.16 173.12 / 14.11lower: 186.16 / 12.27 164.30 / 14.91 170.87 / 14.30
estimated by Y. Watanabe
Barrier height at distance[MeV / fm]Bm Bt(Cs->tgt) Bt(tgt->Cs)
upper: 42.41 / 10.04 39.65 / 11.87 41.67 / 11.06lower: 41.61 / 10.63 37.50 / 12.62 41.17 / 11.25
estimated by Y. Watanabe
known elements (K. L. Kratz et al.)
unknown elements (T1/2, Pdn)
candidate for RNB (~105-6 pps)in the Sn measurement
W aiting Nucleiin the
A~80,N=50 regionand
A~130,N=82 region
核物理パラメタへの要請-ドリップライン近傍の中性子過剰核-に対する核構造研究
・質量測定・崩壊様式の確立
KJ-RNBfacility
Spectroscopy at N=126 regionindirect σ(n,γ) measurementQ-value measurement
Attack to the A=195 abundance peak
C.H. Dasso et al., P.R.L.,73(‘94)1907.ex.154, 136, 118Xe+208Pb,at 700MeV
Waiting Nuclei for A=195 peak202Os126201Re126200W126199Ta126
:
145Cs(106pps: 8-5MeV/u)+
198Pt(16 mg/cm2)
-2p+6n: 202Os-3p+6n: 201Re
Y=0.5aps for σ=10mb
Abundance ratio between A=130 and A=195 peaks
r-process path
132Sn(I > 106pps)λβ vs λ(n,γ)
A=130,190 abundance peak
σ(n,γ)indirect measurement
by means of ANC-method of (d,p) reaction
(Y~1000cts/5days/20∆θ, if σ~2mb/sr)
C. Freiburghaus. et al., Astrophys. J. 516(‘99)381.
σ(n,γ ) ≅ C2 e−κr
rˆ O (r)ψ +(r)
2
for (n,γ ) reaction
dσdΩexp
≅ D02 ⋅C2 χ f
e−κr
rδ pn χ i
2
for (d, p) reaction
C = S ⋅ b: Asymptotic Nomalization Coefficient(ANC)
N. Imai et al., N. P. A688(‘01)281c.
C~const. for various OMPin (d, p) reactions of
124Sn, 130Te, 138Ba, 140Ce,142Ce, 208Pbat 5MeV≤ Ed≤ 11MeVA. Strömich et al., P.R. C16(‘77)2193.
B. Pfeiffer et al., Z. Phys. A357(‘97)235. B.S. Meyer et al., Ap.J. 399(‘92)656.
A=195, N=126peak
による検証
site independent modelとSNIIでのr-process abundance を再現するための
中性子数密度と環境温度への制限
Relativistic effects •Direct relativistic effects:->relativistic contraction
•Indirect relativistic effects:->relativistic self-consistent expansion
-6
-8
-10
-12
-14
-4
Energy (eV)
4s5s
6s
7s
3d
4d5d
6d
V Nb Ta Dbd3s2 d4s1 d3s2 d3s2
DbBr5
Vapo
r Pre
ssur
e (m
mH
g)
600
400
200
0200 220 240 260
Temperature (°C)
TaBr5NbBr5
Chemical properties of SHE’sn 1 2 3 4 5 6 7
(n-1)d
np
5f
4f
JAERI, PSI, GSI, FLNR, LBL
Experiments Z ≤ 107started
for Z = 10826Mg+248Cm->269Hs+5n
Y=0.05 cts/hat I=200pnA, σ=5pb
KJ-RNB Facility
QuickTimeý Dzǻǵ êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉǾå©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ-Ç ÅB
Buncher & Pre-booster linac(130 MHz, 5-8 MeV/u, A/q ≤ 7) Atom-at-a-time
Chemistry
Time schedule
JAERIPre-booster、HEBT
Exp. RoomUtility house
Electric powerWater cooling system
KEKCharge Breeder
Beam lineLinac
Measuring deviceWater
Buncher
200520042003200220012000
(≤ 1 MeV/u)
(≥ 5 MeV/u)
核物理: 中性子過剰核の核反応機構超重元素探索核の超変形状態(Coulomb Excitation)中性子過剰核の核構造(Decay spectroscopy)
天体核物理: 天体核反応率質量測定
物質科学: 熱拡散定数電磁気的構造 (PAC, β-NMR)
核化学: 相対論的効果 (Atom-at-a-time)
~10kW facilities:REX-ISOLDE4.3 MeV/u@2005
ISAC-II6.5 MeV/u@2006
Future E-arena at MW J-PARC
• The Nature of Nucleonic Matter:• Search for SHE-elements by means of the intense n-rich RNB
• Charge distribution by means of electron scattering and/or muonic X-ray
• Neutron distribution by means of anti-protonic X-ray
• The Origin of the Elements:• Synthesis of n-drip nuclei by means of the secondary fragmentation with intense n-rich RNB
• (n, γ) cross section of s- and r-process nuclei by means of the ultra-cold neutron
Synergy achieved by mergingRNB, muon, neutron, anti-proton, electron
at J-PARC
まとめ
KJ-RNB facility•KEK-JAERI RNB 施設の特徴
• UC2-標的等による中性子過剰な中重核ビームを高品質で供給
• タンデムビームとは独立に高強度安定核ビームを供給
•1.09 MeV/u RNB は 2005年から共同利用の予定
• ≥ 5 MeV/u RNB の早期建設を!!
・中性子スキンが関与する核反応機構
・中重核領域における核構造、重元素合成過程
・超重元素の化学
・RNBプローブによる応用科学
• MW-classのRNB施設に向けた研究基盤の充実