エキゾチック原子核の構造解析用検出器(オークリッジ・ラトガース式円筒型検出器)の開発

スティーブン ペイン氏

オークリッジ国立研究所 物理部門

研究員 スティーブン ペイン氏

※ 所属、役職等は受賞当時のものです

論文要旨

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エキゾチック原子核(不安定かつ短寿命な原子核)は,我々を取り巻く自然界に見られる多くの元素の形成に関係している様々な天体物理学現象,例えば,大質量恒星や恒星爆発において重要な役割を担っている。エキゾチック原子核の性質の把握は,それらの天体物理学現象および元素が合成されるプロセスを理解するうえで不可欠である。この数十年間,安定核種の性質を研究するための有力な手段として,遷移反応の測定が行われてきた。これに対し,我々は,不安定核種であるエキゾチック原子核の詳細な構造情報を入手するため,新しい検出器(ORRUBA)を開発して,エキゾチック原子核ビームを用いた遷移反応測定を行った。ORRUBAでは,一連の反応を高精度に測定するために,複数の板状のシリコン検出器が円筒状に配列されている。費用対効果も高く,エキゾチック原子核ビームを用いた数々の画期的な測定に利用されている。将来的には,ORRUBAとガンマ線検出器を組み合わせることにより,これまでより1桁以上高い感度での測定が可能になると予想される。

Exotic, unstable nuclei play a crucial role in many astrophysical sites, including massive stars and stellar explosions, which contribute to the formation many of the elements found in nature around us. Understanding the properties of these exotic nuclei is critical to understanding these astrophysical sites, and the processes in which elements are synthesized. For decades, one of the major tools for studying the properties of stable nuclei has been the measurement of transfer reactions. A new detector array (ORRUBA: the Oak Ridge Rutgers University Barrel Array) has been developed to perform measurements of transfer reactions using beams of short-lived unstable nuclei, to obtain detailed structure information exotic nuclei. ORRUBA uses a large cylindrical array of resistive-strip silicon detectors to measure transfer reactions with high precision in a cost-effective manner, and has been used for a number of ground-breaking measurements using exotic nuclear beams. By coupling ORRUBA to gamma ray detectors, future measurements will be possible with an order of magnitude greater sensitivity than before.

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研究概要

通常に比べて中性子の数が極端に多い「エキゾチック原子核(不安定原子核)」は、一般的な安定原子核の生成に大きく関わっている。

しかしながら、エキゾチック原子核は非常に寿命が短いため、その構造や性質を調べることが難しい。

オークリッジ国立研究所とラトガース大学のグループは、エキゾチック原子核を加速器内で生成し、瞬時に重水素に衝突させるという手法で、その研究を行っている。

この手法でエキゾチック原子核に関する情報を得るには、衝突で飛び出す陽子のエネルギーや方向を高精度で特定することが重要である。

ペイン氏は、プロジェクトに不可欠な検出器として、陽子を広い立体角で捕捉できる円筒型検出器を開発した。

エキゾチック原子核の研究は、超新星爆発や中性子星の合体など、宇宙で起こる元素生成プロセスの解明に貢献すると期待されている。

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