KISS

背景

鉄よりも重い重元素は超新星爆発等の天体現象が起源であると考えられていますが、その超新星爆発の温度や中性子密度等は観測では予想できません。しかし、元素合成は原子核反応等の原子核過程によって支配されているので原子核の性質を調べることでその天体条件に制限をつけることができます。

我々は、特に超新星爆発起源と考えられている元素組成で質量数195近傍の短寿命核を生成する手段として、多核子移行反応というエキゾチックな反応に着目しました。KISS(KEK Isotope Separation System)は、生成した短寿命核を高速ガス流中に捕獲後、共鳴レーザーイオン化と呼ばれる手法を用いて短寿命核をイオン化させ、その寿命や質量の測定を通して、超新星爆発の天体環境を明らかにすることを目指します。

研究概要

多核子移行反応

MNT-VAMOS.png

質量数が195近傍の短寿命核は、ウランの核破砕反応では作りにくく、他の生成方法が求められていました。そこで、我々は核子当たり数MeVという低いエネルギーの重イオン衝突反応に着目しました。このエネルギーは、原子核の中での核子のフェルミエネルギーより十分低いので、重イオン同士（重イオンビームと重い原子核）が衝突する際に、多数の核子の交換を繰り返し、中性子や陽子の移行が重イオン間で行われると考えられます。しかし、多数の核子が関与する複雑系なため、反応を記述する理論はまだ確立しておらず、現在の理論による断面積の予想能力を実験によって検証する必要があります。

2012年3月にフランスGANILのVAMOS磁気分析器を用い、多核子移行反応断面積を系統的に測定する実験を行いました。

ガスセル

KISS-gascellall3.png

目的とするエキゾチック短寿命核だけでなく全ての反応生成物を高純度アルゴンガス中(99.99999%!)で停止させ、ガス流によってレーザー照射点まで運び出します。いかに乱流を作らず、早いガス流を作るかに装置の効率が掛かっています。

共鳴レーザーイオン化

原子の電子配置は元素によって異なります。従って、電子配置間の遷移は元素によって異なり、遷移間のエネルギーに相当する電磁波を与えることで、選択的に元素をイオン化できます。原子の場合そのエネルギーは可視光近傍の波長になり、レーザーを用いることで供給出来ます。
KISSでは、XeCl-Eximerからのレーザーを2種類の色素を用いて可視光波長に変換し、目的とする元素だけをイオン化します。

KISS-lasers-irons.png

β-γ-X線検出器

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Presentation at Meeting

International workshop/conference

  • OMEG2015 2015/6/24-24, Y. Hirayama (Poster)
  • EMIS2015 2015/5/11-15, Y. Hirayama (Oral), Y.X. Watanabe (Oral), S. Kimura (Poster), M. Mukai (Poster)
  • ARIS2014 2014/6/1-6, Y. Hirayama (Poster), M. Mukai (Poster)
  • 16th ASRC International Workshop 2014/3/18-20, Y.X. Watanabe (Oral)
  • FUSION14 2014/2/24-28, Y.X. Watanabe (Invited)
  • KEK-TRIUMF workshop 2013/10/10,11, H. Miyatake (Invited)
  • LIA worhshop, 2013/9/30-10/4 Y.X. Watanabe (Invited)
  • 12th Asia Pacific Physics Conference of AAPPS,
    "Study of the multi-nucleon transfer reactions of 136Xe+198Pt for producing exotic heavy nuclei", Kim Young Hee (Oral)
  • INPC2013 Y. Hirayama (Poster), Y.H. Kim (Poster)
  • EMIS2012 Y. Hirayama (Oral)
  • "Beta-decay spectroscopy of r-process nuclei using KEK isotope separation system" by Y. Hirayama (Oral) at Advances in Radioactive Isotope Science - ARIS 2011 2011/5/29-6/3
  • "KEK isotope separation system for β-decay spectroscopy of r-process nuclei" by Y.X. Watanabe (Oral)2nd IRiSworkshop

Domestic workshop/meeting

  • 日本物理学会2013年度秋季分科会「Measurement of multinucleon transfer reaction of 136Xe + 198Pt: II」渡辺裕、他
  • 日本物理学会2013年度秋季分科会「Development of KEK Isotope Separation System I」平山賀一、他
  • 日本物理学会2013年度年次大会 「KISSでの重いr-過程核の崩壊核分光にむけた高効率共鳴イオン化経路の探索」向井もも

Workshop dedicated to KISS project

Reference

  1. KEK Isotope Separation System (KISS)
    KEK RNB group
    20 March, 2015
  2. Laser ion source for multi-nucleon transfer reaction products
    Y. Hirayama, Y.X. Watanabe, N. Imai, H. Ishiyama, S.C. Jeong, H. Miyatake, M. Oyaizu, S. Kimura, M. Mukai, Y.H. Kim, T. Sonoda, M. Wada, M. Huyse, Yu. Kudryavtsev, P. Van Duppen
    Nucl. Instrum. Meth. B 353, 4-15 (2015)
  3. Ionization cross section measurements for autoionizing states of iridium and rhenium
    Y. Hirayama, M. Mukai, Y.X. Watanabe, N. Imai, H. Ishiyama, S.C. Jeong, H. Miyatake, M. Oyaizu, Y. Matsuo, T. Sonoda, M. Wada
    J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 47 (2014) 075201
  4. In-gas-cell laser ion source for KEK isotope separation system
    M. Mukai, Y. Hirayama, S.C. Jeong, N. Imai, H. Ishiyama, H. Miyatake, M. Oyaizu, Y.X. Watanabe, Y.H. Kim
    Rev. Sci. Instrum. 85 (2014) 02B906
  5. β-deacy spectroscopy of r-process nuclei with N = 126 at KISS
    Y. Hirayama, Y.X. Watanabe, N. Imai, H. Ishiyama, S.C. Jeong, H. Miyatake, M. Oyaizu, Y.H. Kim, M. Mukai, S. Kumra
    AIP Conf. Proc. 1594 (2014) 380-387
  6. Study of the multi-nucleon transfer reactions of 136Xe + 198Pt for producing exotic heavy nuclei
    Y.H. Kim, Y.X. Watanabe, Y. Hirayama, N. Imai, H. Ishiyama, S.C. Jeong, H. Miyatake, S. Choi, J. Song, E. Clement, G. de France, A. Navin, M. Rejmund, C. Schmitt, G. Pollarolo, L. Corradi, E. Fioretto, D. Montanari, M. Niikura, D. Suzuki, H. Nishibata, J. Takatsu
    EPJ Web of Conferences 66, 03044 (2014)
  7. Present Status of KEK Isotope Separation System
    Y. Hirayama, S.C. Jeong, Y.X. Watanabe, N. Imai, H. Ishiyama, H. Miyatake, M. Oyaizu, Y.H. Kim, M. Mukai, T. Sonoda, M. Wada, M. Huyse, Yu. Kudryavtsev, P. Van Duppen
    EPJ Web of Conferences 66, 11017 (2014)
  8. Study of collisions of 136Xe + 198Pt for the KEK isotope separator
    Y.X. Watanabe, Y. Hirayama, N. Imai, H. Ishiyama, S.C. Jeong, H. Miyatake, E. Clement, G. de France, A. Navin, M. Rejmund, C. Schmitt, G. Polarolo, L. Corradi, E. Fioretto, D. Montanari, S.H. Choi, Y.H. Kim, J.S. Song, M. Niikura, D. Suzuki, H. Nishibata, J. Takatsu
    Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 317, 752-755 (2013)
  9. Off-line test of the KISS gas cell
    Y. Hirayama, Y. Watanabe, N. Imai, H. Ishiyama, S.C. Jeong, H. Miyatake, M. Oyaizu, Y.H. Kim, M. Mukai, Y. Matsuo, T. Sonoda, M. Wada, M. Huyse, Yu. Kudryavtsev, P. Van Duppen
    Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 317, 480-483 (2013)
  10. KEK Isotope Separation System for Decay Spectroscopy of R-Process Nuclei
    Y.X. Watanabe, H. Miyatake, S.C. Jeong, H. Ishiyama, N. Imai, Y. Hirayama, M. Oyaizu, K. Niki, M. Okada, M. Wada, T. Sonoda
    NUCLEAR STRUCTURE PROBLEMS Proceeding of the French-Japanese Symposium,World Scientific Publishing Co. pp.167-172 (2013)
  11. KISS: KEK isotope separation system for β-deacy spectroscopy
    S.C. Jeong, N. Imai, H. Ishiyama, Y. Hirayama, H. Miyatake, Y.X. Watanabe
    KEK Report 2010-2 (2010)