第2回「停止・低速不安定核ビームを用いた核分光研究」研究会2006年3月7･8日　日本原子力研究開発機構

KUR-ISOLの現状とRIKEN-RALにおけるミュオン実験の状況

京都大学原子炉実験所　谷口秋洋

　 1. KUR-ISOLの説明　 2. KUR-ISOLでの実験　 3. 原子炉の状況とISOLの更新計画

不安定核ミュオン原子の生成・観測に向けた実験4. RIKEN-RALミュオン施設5. 新たなイオン源のテストと設置6. J-PARCでの実験に向けて・・・

KUR-ISOL

<Specification>Target　: 235U(50mg)

enrichment-93%Transportation : 　He-N2 mixed gas-jet　PbI2 aerosol　O2 for oxidation method

Skimmer :　2-stage skimmer system

Ion source :　Surface ionization type

Available elements :　Alkali, Alkali-earth, Rare-earth　T1/2 > ~1s

Beam intensity : 108 /s @140Cs

11m

Layout

Target chamber

Ion source & skimmer

研究テーマ

・新同位体の探索・原子核質量の決定と崩壊様式の研究

　　　　　→ 3/8 午後　名大　林裕晃さん

・質量数150近傍の中性子過剰核種のIsomer探索・極低温核整列法による超微細磁場の研究

・摂動角相関（PAC）法による物性研究

不安定核の核分光実験とそれを利用した物性研究

　　　　計測装置の基礎特性実験に対するマシンタイム

La0.7Ca0.3MnO3の磁気構造研究　（阪大・佐藤氏）

140Ce

140La

140Ba

140Cs63.7 s

12.8 d

40.3 h

329 keV

487 keV

2412 keV

2083 keV

1596 keV

Ground State0+

2+

4+

3+

t1/2 = 3.45 ns

β-

β-

β-

ビーム：140Cs (235Uの核分裂片)引出電圧：30 kV加速電圧：70 kV生成放射能強度：100 kBq(140Ba換算)植え込み原子数：~1011個

照射条件

La0.7Ca0.3MnO3　（ペロブスカイト型マンガン酸化物）

　　　→超巨大磁気抵抗効果を示す

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

240 K

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.050 5 10 15 20 25

240 K

240 K

0 5 10 15 20 25

240 K

焼鈍前 焼鈍後

A22

G22

(t)

Time / ns

中性子照射（上段）

La0.7Ca0.3MnO3を原子炉中性子(2.75 x 1013 /s)で1分照射

139La(n,γ)140Laにより、140Laが試料中に生成される

140Csビーム照射（下段）

観測結果共に照射による結晶構造の損傷がみられるが、イオンビーム照射による損傷の程度が大きい。焼鈍によって照射損傷が修復された。

La0.7Ca0.3MnO3中140Ceの摂動角相関スペクトル

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0 260 K-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.050 5 10 15 20 25

240 K

260 K

0 5 10 15 20 25

240 K

A22

G22

(t)

Time / ns

焼鈍後焼鈍前

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 50 100 150 200 250 300 350

La0.7

Ca0.3

MnO3

F.C.

Z.F.C.

Temperature / K

Mag

netiz

atio

n / e

mu

La0.7Ca0.3MnO3の磁化の温度依存性

常磁性絶縁体－強磁性金属転移温度 250 K

La0.7Ca0.3MnO3中140Ceの摂動角相関スペクトル

観測結果　1. La位置における内部磁場の変化　2. 焼鈍による照射損傷の修復

京都大学原子炉実験所の現状

研究炉が低濃縮化のため約研究炉が低濃縮化のため約22年間休止年間休止

　　　　　　　　＜＜KURKUR--ISOLISOLの整備＞の整備＞

　　　　　　　・ウランターゲットの増量　　　　　　　・ウランターゲットの増量

　　　　　　　・核分裂生成物の輸送効率などの性能向上　等々・・・　　　　　　　・核分裂生成物の輸送効率などの性能向上　等々・・・

FFAGFFAG加速器の建設加速器の建設　　　　　　　　　　　　20062006年年11月　初段部（イオンベータ）の施設検査に合格し、月　初段部（イオンベータ）の施設検査に合格し、

　　　　　　今後、ブースターリングとメインリング部に取り掛かる。　　　　　　今後、ブースターリングとメインリング部に取り掛かる。

イオンベータ

イオン源

ブースター

メインリング用電磁石

RIKEN-RALでのミュオン実験

・・ミュオン原子ミュオン原子からのからのXX線（線（muonicmuonic xx--rayray））の観測の観測

　　 　　　　　→　　　　　　→　核の電荷分布核の電荷分布の情報を得る手段の一つの情報を得る手段の一つ

・・RIKENRIKEN--RAL port 4RAL port 4ミュオン原子のミュオン原子の固体水素薄膜中固体水素薄膜中での生成・観測での生成・観測

　　　　　　　　 by P.by P.StrasserStrasser (KEK) (KEK) 　＆　　＆　理研中間子ミュオン研究室理研中間子ミュオン研究室

高Z原子への Muon Transfer Reaction により高効率でミュオン原子が生成される。 Cold

Foil

µH + AZ* 　→　µAZ* + H

Transfer rate : λZ ≈ NZ/NH Z 1010 /s

e.g., Z=50, NZ/NH=1 ppmλZ ≈ 5×105 /s

Muonic x-ray from µAr

Duoplasumatron→　Ar, Kr, Xe

ISIS Facility at Rutherford　Appleton　Laboratory (RAL)

800 MeV proton (300 µA)

RIKEN-RAL Muon Facility

µ- beam @ Port 4

Decay MuonMomentum : 27 MeV/c∆p/p : 10%Intensity : ~ 5000 /sBeam size : φ 40mm

(Graphite 10 mmt)

Port 4

Ion source (Duoplasmatron)

Target system

表面電離型イオン源の導入

((１１))　　20032003年度年度< < 科研費（科研費（BB）（２））（２）>>

　　「　　「ラジウムのミュオン原子の固体水素薄膜中での生成と観測」　ラジウムのミュオン原子の固体水素薄膜中での生成と観測」　P. P. StrasserStrasser et al.et al.　　　　　　　　　　　　　　““表面電離型イオン源の製作表面電離型イオン源の製作””

(2) 2004(2) 2004年６月末～年６月末～1111月末月末　　 　スペックの検討会　：　　スペックの検討会　：　P.P.StrasserStrasser（（KEKKEK））, , 宮武（宮武（KEKKEK）、）、篠塚（東北大篠塚（東北大CYRICCYRIC））　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　市川（市川（JAEAJAEA）、）、谷口（谷口（KURKUR））

　　　　　　　　　　　　　　初期目標：「初期目標：「安定核安定核BaBaのミュオン原子の生成のミュオン原子の生成」」

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　BaBaイオンイオン > 1> 1µµAA

(3) 2005(3) 2005年年11月～　：　設計・製作作業月～　：　設計・製作作業

Ion source, Extraction & Einzel lens

Beam opticsElectric field

Acceleration Voltage ; 30 kVExtraction Voltage ; 15 kVEinzel Lens Voltage ; 0 V - 20 kV – 0 V

X = 0 cm (initial condition)

X = 114 cm (focus point)

VEL=18kV

VEL=24kV

VEL=21kV

Exit orifice of ion source = 1mm

国内でのテスト実験　＠京大原子炉

Ba+ 　: 　1.2 ~ 2µA (5 hrs ~)Beam size 　:　φ 2 ~ mm

2005/ 7/26-27 　組立て8/ 9-11 結線・真空テスト

　　 10/24-26 ビーム出し　　　 　　　　　　　　　　・プロファイル測定　　 12/ 7-9 最終テスト

12/26 RALへ発送

FILAMENT-2(Control of BaO evaporation speed)

Ba+

IONIZER( >2500°C)FILAMENT-1

SEED(BaO powder)

RIKEN-RAL port 4への設置　（2006/1/15-27）

Ion source

P.Strasser, 谷口、大矢、望月（新潟大）

Extraction & Einzel lens

帰国前日（1月27日）　夕方5時頃

今後・・・

<RIKEN-RAL>　　・ターゲットまでのビーム通し　　・Ba、Sr、Caの安定原子核でのミュオン原子の生成・観測実験　　　　　　 Muon transfer rate, Isotope shift,…..　　・不安定核種へ・・・

<J-PARC>　 ・RIKEN-RALミュオン施設の100～1000倍のミュオンビーム　　・2006/1月末　 Letter of Intent for Muon Science Experiment

“Radioactive Muonic Atoms Study at J-PARC”

Position of Position of einzeleinzel lens for defocusing ion beamlens for defocusing ion beam

J-PARCのホームページより

Neutron source

　　 イオンベータ ブースタ 主リング

　集束方式 スパイラル 径方向 DFD 径方向 DFD

　加速方式 ベータトロン 高周波 高周波

　セル数 8 8 12

　k値 2.5 4.5 7.6

　入射エネルギー 100keV 2.5MeV 20MeV

　取出しエネルギー 2.5MeV 20MeV 150MeV

　Pext/Pinj 5.00 2.84 2.83

　入射軌道半径 0.60m 1.42m 4.54m

　取出し軌道半径 0.99m 1.71m 5.12m

RAL全景

Diamond Light Source

ISIS Facility

J-PARCのホームページより