natMg+86Krの反応による生成核からのβ線の測定とGEANTによるシミュレーションとの比較

(1)

nat

_Mg+

86 _{Krの反応による}

生成核からの

_{β線の測定と}

GEANTによるシミュレーションとの比較

下田研究室

田尻邦彦

倉健一朗

(2)

実験の目的

・偏極した中性子過剰Naアイソトープのβ-γ-γ同時測

定実験をTRIUMFで行う予定

・Ge検出器を多く配置し、γ線の検出効率を上げたい

Ge検出器により既知のβ線のスペクトルを測定し、

GEANT4によるシミュレーションと比較する

・

高エネルギーの

β

線

をGe検出器で測定できるのか？

・

GEANT4

で正しくシミュレーションできるのか？

(4)

nat

_Mg＋

86 Kr反応の生成核からのβ線の測定

スタンダードな

_β線源：

90

_Sr

最大エネルギー2282 keVのβ線

AVFサイクロトロンからのビームを用いて、

高エネルギーの

_{β線を放出する核を作り、オ}

ンラインで測定する

エネルギーが低い

(5)

実験概要

（１）反応

24

_Mg＋

86

_Kr

→

110

_Cd*

→

98

Rh + αp7n

ビーム：

86

_{Kr 8.7MeV/u}

ターゲット：

nat

_Mg

10.8μm

（２）場所

大阪大学核物理研究センター（吹田キャンパス）

→RCNP （

R

esearch

C

enter for

N

uclear

P

hysics）

ENコース（東実験室）

(6)

nat

_Mg＋

86 _{Kr反応生成核の中で}

β‐γ同時測定に適した核

＠NNDC



m ax β

E

3476 keV

(7)

49 50 51 52 53 54 55 56 57 98_Rh

生成核種一覧＠CASCADE

total cross section ~1163 mb

98_{Rh cross section}

~70 mb

(total cross sectionの6%) ＜CASCADE＞核融合反応で生成された複合核、および粒子放出後の生成核をモンテカルロで計算する 24_Mg＋86_Kr → 110_Cd* → 98Rh + αp7n

(8)

実験手法

recoil catcher method

生成核は反跳を受けて飛び出す！ Primary beam(86_Kr) target (nat_Mg) E = 8.7MeV/u 98_Rh E =4.55MeV/u catcher キャッチャーまで生成核を運んで捕獲する →核融合反応直後に出るγ線を落とすことができる →注目した核からのβ崩壊後の放射線のみを測定

γ

e

(9)

RCNP

東実験室

AVFサイクロトロン

(10)

Beam Transport

Q4 SX1 SX2 nat

_{Mg ターゲット}

86

_{Kr ビーム}

Ge + Plastic Scinti.

F0

F２

F１

D1 _D2 Q1Q2 Q3 _Q5 Q6_Q7 SX3

Pb catcher

飛行距離：16m 飛行速度：~0.1c 飛行時間：~500ns 86_{Krビームが下流に届かない磁場の値にした} 寿命の長い生成核からの放射線のみ測定できる

(11)

F1 での

86 Kr と生成核の分離

LISEによる計算

86_{Kr ビーム} 赤：98_Rh Bρ [T・m] Y ield [pps] イオンが物質を通過する際、価数により分かれる 35+ 34+ 33+32+ 33+

(12)

実験のセットアップ（検出器周辺）

検出器：同軸型Ge検出器4台 Plastic Scintillator1台上部のGeでβ線を測定するため、チェンバー上部にカプトンフォイルの窓を作成した。キャッチャー nat_{Pb 41.7mg/cm}2 上部の窓からβ線が出るように45° に設置した。

(13)

測定原理（

_{β‐γ同時計測）}

Ge① Ge② Ge③ e e

γ

Plastic Scinti. ・Plastic Scinti.でゲートをかける →Ge①ではβ線のみのスペクトル・Ge②、③のγ₁でゲートをかける →Ge①ではβ₁のみのスペクトル

γ

(14)

実験結果（1）

-

β線測定用Ge検出器のγ線スペクトル

(15)

実験結果（2）

‐

_{β線測定用Ge検出器①のβ線スペクトル}

energy [ keV ] 98_Rh 98_Ru 653 keV 3467 keV 98Rhのdecay scheme



m ax β

E

counts Ge① e e

γ

Plastic Scinti.

γ

Ge② Ge③ β線のみのスペクトル 653 keVのγ線でゲートしたβ線のスペクトル

(16)

GEANT4によるシミュレーション

＜GEANTとは＞



粒子と物質との相互作用、物質中での軌跡を計

算できるモンテカルロシミュレーションプログラム

↓

高エネルギー・原子核などの分野で

測定器シミュレータとして用いられる

(17)

GEANT4上での検出器周辺の配置

生成核 β線 _{・物質、密度、大きさを定義して、} 配置する。・ Ge結晶を検出器とし、結晶中で落としたエネルギーを計算、出力させる。 Ge結晶 Plastic Scinti. チェンバー（アクリル） Pbキャッチャー Alカバーカプトンフォイル

(18)

シミュレーション結果

スペクトルの形は、ほぼ一致している Energy [ keV ] counts Energy [ keV ] 実験結果/GEANT 実験結果/GEANT ratio

(19)

解析

‐End point energy



β線のend point energy(最大エネルギー)を

求めるため、Kurie plotを作成した。

β線のスペクトルは、

2 0

)

(

)

,

(

)

(

)

(

E

C

E

F

Z

E

pE

E

N







)

)(

(

)

,

(

)

(

)

(

C

E

₀

E

pE

E

Z

F

E

N

E

K









これをプロットすれば、E₀（end point energy）を求められる。 ※98_{Rhの着目している遷移は許容遷移なので}

(20)

解析

98

Rhからのβ線 (3.476 MeV) の

energy loss

β線 Ge結晶 Plastic Scinti. チェンバー上部 Ge結晶までのenergy loss ⊿E~0.63 MeV End point energy

E₀=2.75 MeV ※stopping powerより計算（ref. TRIUMF Kinematics Handbook） Aｌカバーカプトンフォイル

(21)

解析

-End point energy (実験データ)

end point energy ＝2.69±0.10 MeV

98Rh Kurie plot (653 keV γ-ray gated)

β線の最大エネルギー：3.467 ±0.010MeV →エネルギー損失後：2.750 MeV

(22)

解析

‐End point energy (GEANT4)

end point energy ＝2.73 ±0.10 MeV

98_{Rh Kurie plot (最大エネルギー3467 keV)}

β線の最大エネルギー：3.467 ±0.010MeV →エネルギー損失後：2.750 MeV

(23)

結果

・Kurie plot による end point energy

実験結果：

2.69±0.10 MeV

GEANT4：

2.73 ±0.10 MeV

・検出器に入る

β線のend point energyの文献値

2.750 MeV

誤差の範囲内で一致

・実験結果とGEANT4でのシミュレーション結果とで

β線スペクトルの形が一致した

(24)

まとめ

 nat

Mg＋

86

Kr生成核からのβ線をGe検出器で測定した

→β線のみのスペクトルを得ることができた



GEANT4を用いて、シミュレーションを行った

→β線のスペクトルを再現したので、β線をGeで測定する

際のシミュレータとして有効である



Kurie plotを作成し、両者のend point energyを文献値と

比較した

(25)

今後の課題

・TRIUMFでの実験で観測する~20 MeVのβ線を

Ge検出器で測定する際、GEANT4によってシ

ミュレーションを行う

(26)

(27)

β線スペクトルのゲート条件

-30～ 150ns

(28)

β線測定用Geスペクトル

（Plastic Scinti. gated & veto）

上：gated spectrum 下：veto spectrum

(29)

(30)

TRIUMF ISAC （ Isotope Separator / Accelerator)

ISAC-1

ISAC-2

(31)

TRIUMF実験

‐偏極した核の

β崩壊による娘核の

スピン・パリティの決定

偏極

P

ベータ線のasymmetryを測定することで

娘核のスピン・パリティが決定できる！

目的の準位に遷移しているかはβ‐γ 同時測定で求める。 28

_Mg,

29

_Mg,

30

_Mg,

31

_Mg,

32

_Mg

N =16, 17, 18, 19, 20

(32)

偏極

P

Plastic Scinti.

AP

W

(

180 

)



1 

W

(

0 

)



1 

AP

Aが求まる

θ= 180°

_θ=0°

TRIUMF実験

‐偏極した核の

β崩壊による娘核の

スピン・パリティの決定

Ge

Plastic Scinti.

Ge

(33)

93Mo の level scheme

(34)

Fermi関数

p

ZE

Z

i

pR

E

Z

F

/

)

1 (

)]

1

2 (

[

)]

(

[

)

exp(

)

2 )(

1 (

2 )

,

(

2 / 1 2 2 2 2 2 2









































Ref. D.H.Wilkinson Nuclear Instruments & Methods In Phys Research A365 (1995) 203

natMg+86Krの反応による生成核からのβ線の測定とGEANTによるシミュレーションとの比較

nat

Mg+

86

Krの反応による

生成核からの

β線の測定と

GEANTによるシミュレーションとの比較

下田研究室

田尻 邦彦

倉 健一朗

目次

実験の目的

Mg＋

Kr生成核からのβ線の測定＠RCNP

実験方法

実験結果

GEANTによるシミュレーション

解析

結果

まとめ

今後の課題

実験の目的

・偏極した中性子過剰Naアイソトープのβ-γ-γ同時測

定実験をTRIUMFで行う予定

・Ge検出器を多く配置し、γ線の検出効率を上げたい

Ge検出器により既知のβ線のスペクトルを測定し、

GEANT4によるシミュレーションと比較する

・

高エネルギーの

β

線

をGe検出器で測定できるのか？

・

GEANT4

で正しくシミュレーションできるのか？

nat

Mg＋

86

Kr反応の生成核からのβ線の測定

スタンダードな

β線源：

Sr

最大エネルギー2282 keVのβ線

AVFサイクロトロンからのビームを用いて、

高エネルギーの

β線を放出する核を作り、オ

ンラインで測定する

エネルギーが低い

実験概要

（１）反応

Mg＋

Kr

→

Cd*

→

Rh + αp7n

ビーム ：

Kr 8.7MeV/u

ターゲット ：

Mg

10.8μm

（２）場所

大阪大学核物理研究センター（吹田キャンパス）

→RCNP （

R

esearch

C

enter for

N

uclear

P

hysics）

ENコース（東実験室）

nat

Mg＋

86

Kr反応生成核の中で

β‐γ同時測定に適した核



_Mg+

_{Krの反応による}

_{β線の測定と}

田尻邦彦

倉健一朗

_Mg＋

_β線源：

_Sr

_{β線を放出する核を作り、オ}

_Mg＋

_Kr

_Cd*

ビーム：

_{Kr 8.7MeV/u}

ターゲット：

_Mg

_Mg＋

_{Kr反応生成核の中で}

_{Mg ターゲット}

_{Kr ビーム}

_{β‐γ同時計測）}

_{β線測定用Ge検出器①のβ線スペクトル}