担当区分：研究代表者 

配分額：4550000円 （ 直接経費：3500000円 、 間接経費：1050000円 ）

重元素の起源天体環境を解明するためには、天体環境中での元素合成過程に関与する中性子過剰核の性質を調べる必要がある。しかし、そのような原子核や近傍核の生成収量は非常に少なく実験データは乏しい。本研究課題では、元素合成過程近傍の稀少核種の崩壊核分光を実現するために、極低バックグラウンドのベータ線検出器を開発する。ストリップ状のカソード膜と多芯線の構成により、位置感度を既存検出器の二次元から三次元に拡張し、0.01 cpsのバックグラウンド計数率を目指す。開発した検出器を用いて、世界に先駆けて白金周辺高融点元素およびアクチノイド領域の中性子過剰核のベータ崩壊寿命・崩壊様式の実験データ取得を目指す。

担当区分：研究分担者 

放射性核種より放出される高エネルギー光子対の量子もつれ検出に基づく原子核-多分子相互作用プローブを活用した診断治療学の創生のためには、放射性核種と生体内分子との相互作用の解明が不可欠である。そこで本研究では、１．放射性分子の超高感度・精密レーザー分光基盤の確立、２．放射性核種・安定同位体で多重置換された分子のレーザー分光による生体内薬物動態評価法の開発、を行う。新たな診断治療用核種を用いた放射性分子の設計・制御との連携を通じて、革新的な診断治療学の創生の一助となると期待される。

担当区分：研究分担者 

重元素合成の爆発的天体環境を理解するために、r過程時に生成される中性子魔法数N=126近傍、原子番号Z=70-78領域の核分光実験が不可欠である。この未知原子核の飛躍的な生成量増大が期待できるドーナツ型低温ヘリウムRFガスセルを新規に開発し、この領域の未知原子核を高効率で生成可能な多核子移行原子核反応と組合せて、これまで展開してきたβ崩壊核分光、精密質量測定、精密レーザー核分光による核分光実験を加速する。これにより重元素の起源となる爆発的天体環境の解明を目指す。
金、ウラン等の重元素を合成する速い中性子捕獲過程の起源となる天体環境の解明を目指し、中性子魔法数N=126近傍核の精密核分光を展開しつつ、短寿命核の収量増大のためドーナツ型低温ヘリウムRFガスセルの試験、設計、製作を行った。
KISSで生成分離した短寿命核200,201Ptのレーザー共鳴イオン化核分光を行い、同位体シフト、荷電半径、磁気モーメントを測定した。このレーザー核分光の結果を、2022年9月の日本物理学会秋季大会にて発表し、投稿論文としてまとめて雑誌Physical Review Cに投稿した。KISSでレーザー共鳴イオン化法でウラン同位体をイオンし、新同位体241Uを発見し、MRTOFで精密に質量を測定することにも成功した。重元素合成の鍵となるウラン領域において核分光実験を展開し始めた。
SSRI-pns collaboration meetingおよびRIBF Users Meetingにて、KISSで行ったーザー核分光の結果、精密ベータ遅発ガンマ線核分光および質量測定について発表した。
ドーナツ型低温ヘリウムRFガスセル開発として、Rbイオンを用いたオフライン試験でヘリウムRFガスセル用RFワイヤーカーペットの性能を調べ、その後、オンライン実験でRFワイヤーカーペットによる198Ptイオンの輸送・引き出しに成功した。この実験で、従来の短寿命核引出し用アルゴンガスセルに比べて、約40倍程度良い効率でイオンを引き出せることを確認し、今後の開発項目を見出すことができた。
ヘリウムガスセルを用いたレーザー核分光に向けて、熱電子による中性原子化装置のシミュレーションを開始した。未知短寿命核生成用標的の一つとして高融点元素イリジウム標的を入手できる目処がたった。
令和3年度は、KISSで生成分離した短寿命核200,201Ptのアルゴンガスセル内レーザーイオン化核分光法で同位体シフト、荷電半径、磁気モーメントを測定した。この実験ではKISS に導入した原子核質量測定装置MRTOFによる精密質量測定と同時に、崩壊放射線測定が困難な比較的長寿命の200PtをMRTOFで同定することでレーザー核分光を可能とした。このように未知中性子過剰核の多角的な核分光測定が着々と進んでいる。
核分光実験と並行して、短寿命核の収量増大を目指してドーナツ型低温ヘリウムRFガスセル開発を行った。Rbイオンを用いたオフライン試験でRFワイヤーカーペットによるイオン輸送効率のRF周波数依存性、ヘリウムガス圧依存性等を調べ、イオン輸送に最適な条件を見出した。その後、オンライン実験でRFワイヤーカーペットによる198Ptイオンの輸送・引き出しに成功した。この実験で今後の開発項目を見出すことができた。この結果を考慮し、予定通りにドーナツ型低温ヘリウムRFガスセルを設計し製作した。
ヘリウムガスセルを用いたレーザー核分光に向けて、熱電子による中性原子化装置のシミュレーションを開始した。装置は令和4年度に製作予定である。未知短寿命核生成用標的の一つである高融点元素イリジウム標的を令和4年度に用意する予定である。
既存のアルゴンガスセルによるレーザー核分光、精密質量測定および崩壊核分光実験による系統的かつ多角的な核構造研究を進める。
並行して、今年度も引き続き、オフライン試験およびオンライン実験で低温ヘリウムガスセル開発を進める。昨年度に製作した大型ドーナツ型低温ヘリウムRFガスセルを組立てる。この大型ガスセルを導入できる大型ハウジングチャンバーを設計・製作する予定である。
中性原子生成装置のシミュレーションを元に、大型ドーナツ型低温ヘリウムRFガスセルに組み込むこの装置の設計・製作を行う予定である。
入手したイリジウム標的を用いて、短寿命核の生成量をオンライン実験で測定する予定である。