ミニボール実験

同位体分離オンライン装置（ISOLDE）
ISOLDE実験セットアップのリスト
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その他の施設
メディシスISOLDEから収集された医療用同位元素
508固体物理学研究所
ISOLDE 施設 (CERN) のミニボール実験装置

Miniball実験は、 CERNのISOLDE施設のほか、GSI、ケルン、PSI、理化学研究所（HiCARI）などの施設に定期的に設置されているガンマ線分光装置です。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Miniballは高解像度のゲルマニウム検出器アレイで、HIE-ISOLDE（高強度エネルギーISOLDE）で後加速された低強度放射性イオンビームで動作するように特別に設計されて おり、短寿命核から放出されるガンマ線を分析できます。6つの検出器セグメント化により、Miniballはセグメント化されていない検出器を使用する従来のガンマ線分光計に比べて優れたドップラー補正機能を提供します。このアレイは、エキゾチックビームによるクーロン励起および移行反応実験に成功裏に使用されました。Miniball実験の結果は、原子核構造の決定と調査に使用されています。[ 5 ]

ミニボールは2001年からCERNのREX-ISOLDE（放射性イオンビーム実験-ISOLDE）後期加速器で稼働している。[ 6 ] 2015年にはHIE-ISOLDEプロジェクトの一部となり、XT01ビームラインを介して接続された。[ 7 ]パルス波形解析を用いて検出器容積内のガンマ線相互作用点の空間座標を決定できる、初めて完全に稼働するゲルマニウムガンマ線分光計であった。[ 8 ]

背景

ISOLDE の Miniball セットアップによる実験で使用される主な 2 つの反応メカニズムは、クーロン励起反応と移動反応 (主に 1 個および 2 個の中性子移動) です。

クーロン励起は、原子核構造の電磁気的（EM）側面を調べるために用いられる手法である。原子核は、他の原子核との非弾性衝突によって励起される。励起過程に短距離核力の寄与がないことを保証するためには、衝突する原子核の最接近距離が十分に長いことが必要である。その後、原子核はより低い状態へと崩壊し、ガンマ線を放出する。このガンマ線はガンマ線検出器を用いて検出できる。[ 9 ]この手法は、原子核の集団励起（個々の核子の運動は相関している）を調べるのに有用である。集団励起はしばしば電気四重極遷移によって結びついているからである。[ 10 ]

発射体と標的核の移動反応

移行反応では、標的の核と入射核の間で1つ（または複数）の核子が交換され、異なる最終状態の核が形成される。[ 11 ]二体運動学計算に使用するための放出角度とエネルギーの測定により、最終状態の核の占有状態の励起エネルギーを得ることができる。さらに、測定された角度分布を理論と比較することで、反応で移行された軌道角運動量を推定する。単一核子移行の場合、これは核子が移行された軌道を示す。移行反応の研究は、恒星の進化を再現し、理論モデルを検証できるため、核天体物理学において有用である。[ 12 ]

実験セットアップ

ミニボールのセットアップの俯瞰図

ミニボール検出器アレイは、先端が先細りになった24個の高純度ゲルマニウム結晶で構成されています。 [ 8 ]同時期に開発された他の検出器（例：EUROBALL）とは異なり、ミニボール検出器アレイは6分割されており、各セグメントは独立した前置増幅器に接続されています。[ 13 ]結晶はアルミ缶に密封されており、ゲルマニウム結晶の脆弱な表面がアルミ缶で保護されているため、クリーンルームを使用せずに冷たい電子部品にアクセスできます。[ 6 ] [ 5 ]

カプセル化された結晶は6つに分割され、クライオスタットに収納されています。クライオスタットでは、液体窒素を用いて結晶を冷却することができます。各クライオスタットは3つのカプセルで共有され、これらのカプセルは単一のデュワー瓶に接続された共通の真空チャンバーに設置されています。アレイの中央に配置された反応チャンバーの寸法に応じて、クラスターは様々な構成で配置することができ、最適な立体角カバレッジを提供します。[ 14 ]これは、クライオスタットを半円形の回転アームに取り付け、アームに沿って連続的に移動させることで実現されています。[ 5 ]

CERNのミニボールで使用されているCD検出器

T-REX（Transfer at REX）装置は、ミニボール検出器における移動反応を測定するために設計されています。この装置は、前方および後方のCD検出器を備えたシリコンバレルで構成され、 4πの66%の立体角をカバーします。T-REXは、光反応生成物の角度分布を測定します。[ 11 ]

Miniballは、リアルタイムデジタルフィルタアルゴリズムを用いたデジタルパルス処理により、エネルギーと時間の結果を生成します。データ収集・解析システムは、データの読み出しと転送を行うフロントエンドシステムと、制御とデータ分析を行うバックエンドシステムで構成されています。[ 1 ]

結果

ISOLDEのミニボール実験の結果は、物理学研究所（IoP）の2013年の「物理学における10大ブレークスルー」に選出されました。 [ 15 ]この研究では、重い原子核であるラジウム224が硬い洋ナシ型をしているという証拠が見つかりました。[ 16 ]このブレークスルーは、2013年のネイチャー誌の表紙にも取り上げられました。[ 17 ]

ミニボールで用いられる主な実験技術は、低エネルギークーロン励起である。この技術を用いて、多くの放射性核における電磁遷移の速度が決定されてきた。[ 18 ]転移反応の技術もミニボール実験で用いられている。[ 11 ]例えば、ミニボールを用いて行われた最初の転移反応実験の一つでは、「反転島」核32 Mgにおいて、球状のスピンパリティ0 +の励起状態が確認された。[ 19 ] [ 6 ]

参考文献

  1. ^ a bライター、P.;エバース、J.ファウスト、H.フランシュー、S.ゲル、J.ガンド、C.ハブス、D.ホイセ、M.ユングクラウス、A.リーブ、KP;シャイト、H.シュワルム、D.トーマス、HG;ヴァン・ダッペン、P. Weisshaar、D. (2002-04-22)。「ミニボールアレイ」。核物理学 A .第5回放射性核ビームに関する国際会議。701 (1): 209–212。ビブコード: 2002NuPhA.701..209R。土井：10.1016/S0375-9474(01)01576-7。ISSN  0375-9474 .
  2. ^ 「ミニボールのドキュメントページ」 www.ikp.uni-koeln.de . 2023年8月11日閲覧。
  3. ^ "muX | LTP | Paul Scherrer Institut (PSI)" . www.psi.ch. 2023年8月16日閲覧。
  4. ^ Wimmer, K; Doornenbal, P; Aoi, N; Baba, H; Browne, F; Campbell, C; Crawford, H; De Witte, H; Fransen, C; Hess, H; Iwazaki, S; Kim, J; Kohda, A; Koiwai, T; et al. (2021). 「HiCARI: RIBFの高解像度クラスターアレイ」(PDF) .理研加速器進捗報告書. 54 .
  5. ^ a b cウォー、N.;ヴァン・デ・ウォール、J.アルバース、M.エイムズ、F.バスティン、B.バウアー、Ｃ．ビルトシュタイン、V.ブラジェフ、A.ベーニヒ、Ｓ．ブリー、N.ブライニール、B.ペンシルベニア州バトラー。 Cederkäll、J.クレマン、E.テネシー州ココリオス（2013 年 3 月）。「ミニボール分光計」。ヨーロッパ物理ジャーナル A。49 (3): 40。ビブコード: 2013EPJA...49...40W。土井：10.1140/epja/i2013-13040-9。ISSN 1434-6001。 
  6. ^ a b c Reiter, P.; Warr, N. (2020-07-01). 「REXおよびHIE-ISOLDEにおける再加速ビームによる核構造研究」 .粒子・核物理学の進歩. 113 103767. Bibcode : 2020PrPNP.11303767R . doi : 10.1016/j.ppnp.2020.103767 . ISSN 0146-6410 . S2CID 213422435 .  
  7. ^ボルヘ、MJG; Riisager、K. (2016-11-17)。 「HIE-ISOLDE、プロジェクトと物理学の機会」。ヨーロッパ物理ジャーナル A。52 (11): 334。ビブコード: 2016EPJA...52..334B。土井：10.1140/epja/i2016-16334-4。ISSN 1434-601X。S2CID 254112292。  
  8. ^ a b Schwalm, D. (2005年3月)、「Rex-IsoldeとMiniballの最初の実験」、核構造の主要トピック、World Scientific、pp.  21– 34、Bibcode : 2005ktns.conf...21S、doi : 10.1142/9789812702265_0003、ISBN 978-981-256-093-3、 2023年8月2日取得
  9. ^ Zielinska, Magda (2016年1月27日). 「低エネルギークーロン励起の理論的記述」(PDF) . indico.cern . 2023年8月2日閲覧。
  10. ^クレマン、E.;ジエリンスカ、M.ペルー、S.グーテ、H.イレール、S.ゲルゲン、A.コルテン、W. DT、ドハティ。バスティン、B.バウアー、Ｃ．ブラジェフ、A.ブリー、N.ブライニール、B.ペンシルベニア州バトラー。バターワース、J. (2016-11-28)。「Sr 96、98 ビームの低エネルギークーロン励起」。物理的レビュー C . 94 (5) 054326。ビブコード: 2016PhRvC..94e4326C。土井: 10.1103/PhysRevC.94.054326。hdl : 10852/66640。ISSN 2469-9985 . 
  11. ^ a b c T-REXコラボ;ビルトシュタイン、ヴィンツェンツ。ゲルンホイザー、ローマ人。クロール、トルステン。クルッケン、ライナー。ウィマー、キャスリン。ヴァン・デュッペン、ピート。マーク・ホイセ。パトロニス、ニコラス。ラーベ、リッカルド (2012 年 6 月)。「T-REX: REX-ISOLDE での転移実験のための新しいセットアップ」。ヨーロッパ物理ジャーナル A。48 (6): 85。書誌コード: 2012EPJA...48...85B。土井：10.1140/epja/i2012-12085-6。ISSN 1434-6001。S2CID 119716833。  
  12. ^ Ingeberg, VW; Siem, S; Wiedeking, M; Choplin, A; Goriely, S; Siess, J; Abrahams, Arnswald; Bello Garrote, F; Bleuel, DL; Cederkall, J; Christoffersen, TL; Cox, DM; De Witte, H; Gaffney, LP; Gorgen, A (2025). 「67 Niの核準位密度とγ線強度関数、そしてその過程への影響」. Physical Review C. 111 015803. arXiv : 2307.07153 . doi : 10.1103 /PhysRevC.111.015803 .
  13. ^チロルフ、PG;ハブス、D;ルドルフ、D;フィッシュベック、C;シュワルマ、D;エベスブ、J; Gutknechtc、D. 「ミニボールプロジェクト」。{{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=（ヘルプ）が必要です
  14. ^ Butler, PA; Cederkall, J; Reiter, P (2017-04-01). 「MINIBALLを用いたエキゾチック核の核構造研究」 . Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics . 44 (4): 044012. Bibcode : 2017JPhG...44d4012B . doi : 10.1088/1361-6471/aa5c4e . ISSN 0954-3899 . 
  15. ^ iopp (2013年12月13日). 「2013年の物理学におけるトップ10のブレークスルーを発表」 . IOP Publishing . 2023年8月11日閲覧。
  16. ^ 「核物理学は洋ナシ型になる」 Physics World 2013年5月8日2023年8月11日閲覧。
  17. ^ 「Nature - Volume 497 Issue 7448, 2013年5月9日」 . Nature . 2013年5月8日. 2023年8月11日閲覧。
  18. ^ Van Duppen, P; Riisager, K (2011-02-01). 「REX-ISOLDEを用いた物理学：実験から施設へ」 . Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics . 38 (2) 024005. Bibcode : 2011JPhG...38b4005V . doi : 10.1088/0954-3899/38/2/024005 . ISSN 0954-3899 . S2CID 123521877 .  
  19. ^ウィマー、K.;クレル、T.クルッケン、R.ビルトシュタイン、V.ゲルンホイザー、R.バスティン、B.ブリー、N.ディリケン、J.ヴァン・ダッペン、P.ホイセ、M.パトロニス、N.フェルマーレン、P.ヴロ、D.ヴァン・デ・ウォール、J.ウェナンダー、F. (2010-12-13)。「二中性子移動反応によるMg 32の0 + 状態が共存する形状の発見」物理的なレビューレター。105 (25) 252501.arXiv : 1010.3999。ビブコード: 2010PhRvL.105y2501W。doi : 10.1103/PhysRevLett.105.252501 . ISSN 0031-9007 . PMID 21231582 . S2CID 43334780 .   
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