魔法数をまたぐ領域での断面積測定による核半径異常増大現象のメカニズム解明

通过测量跨越幻数的区域的横截面积来阐明核半径异常增大的机制

基本信息

批准号：
22KJ2193
负责人：
福留美樹
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的は、中性子魔法数82をまたぐSn同位体の核物質半径の測定・中性子スキン厚の導出を行うことである。実験は超中性子過剰核ビームの生成が世界で唯一可能である理研RIビームファクトリーで予定している。中性子スキン厚導出のために必要となる荷電半径は134Snまでしか測られていない。より詳細な議論のためにさらに中性子過剰な領域135-140Snでの荷電半径が必要とされるが、既存の方法では統計的困難がある。そこで新たな手法として、短時間で効率の良い測定ができる荷電変化断面積の測定に注目した。これを実現するために、申請者は超高時間分解能TOF(飛行時間)検出器を新たに開発した。通常のプラスチックシンチレータとPMTの組み合わせでは100 ps程度の時間分解能が普通であるが、Z=50付近の原子番号ピークを分離するにはTOF検出器の時間分解能をさらに上げる必要があった。そのため、タイミング特性に優れているプラスチックシンチレータと高速PMT(光電子増倍管)から構成されるプラスチックシンチレーション検出器を作成し、系統的なビーム試験を量子医科学研究所のHIMACシンクロトロン加速器施設で行った。検出器はシンチレータの厚さやPMTの種類を変えて複数台作成し、どの組み合わせが最適かを求めた。をまた、PMTにかける電圧や生信号に対するディスクリミネーターの閾値などの最適条件も求めた。その結果、420 MeV/核子の132Xe 1次ビームに対して、時間分解能< 5 psというTOF検出器として世界最高の性能を達成し、従来に比べて20倍以上の改善に成功した。

这项研究的目的是测量核材料半径并推导出跨越中子幻数 82 的 Sn 同位素的中子皮厚度。该实验计划在RIKEN RI Beam Factory进行，该工厂是世界上唯一能够生产超中子浓缩核束的工厂。得出中子皮厚度所需的电荷半径仅测量到 134Sn。更详细的讨论需要富中子区 135-140Sn 中的进一步电荷半径，但现有方法存在统计困难。因此，作为一种新方法，我们专注于测量电荷变化截面，可以快速有效地测量。为了实现这一目标，申请人新开发了一种超高时间分辨率TOF（飞行时间）探测器。塑料闪烁体和PMT的典型组合具有约100 ps的时间分辨率，但为了分离Z=50附近的原子序数峰，需要进一步提高TOF探测器的时间分辨率。因此，我们创造了一种由具有优良定时特性的塑料闪烁体和高速PMT（光电倍增管）组成的塑料闪烁探测器，并在量子医学科学研究所的HIMAC同步加速器设施上进行了系统的束流测试。我们创建了多个具有不同闪烁体厚度和 PMT 类型的探测器，并确定了哪种组合是最佳的。我们还确定了最佳条件，例如施加到 PMT 的电压和原始信号的鉴别器阈值。结果，我们实现了世界最高性能的 TOF 探测器，对于 420 MeV/核子的 132Xe 主束，时间分辨率 < 5 ps，比传统方法提高了 20 倍以上。