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博士論文 / 新元素の探索に向けた波形解析による短寿命崩壊のエネルギー・寿命測定方法の研究

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書誌事項

タイトル

新元素の探索に向けた波形解析による短寿命崩壊のエネルギー・寿命測定方法の研究

著者名

山木さやか

学位授与大学

埼玉大学 (大学ID:0019) (CAT機関ID:KI00020X)

取得学位

博士(理学)

学位授与番号

甲第1057号

学位授与年月日

2017-03-22

注記・抄録

原子核がどれほど多くの陽子を束縛しうるのかという核物理の基本的な問いに答えようとする試みは、世界中でなされている。現在のところ原子番号Z = 118 までの原子核が発見、命名されている。Z = 119, 120 の原子核を合成・観測するための研究開発がこの数年間、理化学研究所において進められてきた。我々が今後生成を試みようとする原子核については、その崩壊時間が現測定装置の測定限界以下となる可能性が示唆されており、このような短寿命崩壊特性の観測を可能とするシステムの構築が著者の研究である。超重元素領域では、原子核は主としてα崩壊や自発核分裂によって崩壊する。我々が今後合成しようとするZ = 1194 やZ = 120 の原子核もα崩壊によって崩壊すると予想されている。質量模型の一つ、A. Sobizewski の微視的・巨視的模型では、Z = 120, N = 178 の原子核はQαが13.06 MeVと大きく、そのため半減期T1/2 = 11.4μs となる可能性が示唆されている。これは、その原子核が標的中で生成されGARIS-II の中を約1μs 間飛行した後検出器に到達し、その後100μs もしないうちに崩壊してしまうということを意味する。もしも、崩壊がER の検出器到達後5μs 以内に起こった場合、ふたつの事象がひとつの信号として整形されたり連なった信号として整形されるため、現測定装置では崩壊時間および崩壊エネルギーを正しく測定できない。このような状況に備え、本研究では短寿命崩壊のエネルギーおよび崩壊時間の測定を可能とするシステムの構築を行った。本研究では、まず前置増幅器の直後にFlash-ADC を導入し、前置増幅器の出力電圧の波形を特定のサンプリング周波数で取得することを可能とした。この回路ををGARIS-II の計測システムに導入し、197Au + 23Na →220Th, 208Pb + 23Na →231Np, 206Pb + 23Na →229Np の反応による波形データを得た。データとして得られたシングルパルスからランダムに2 イベント選択し足し合わせることによって1st パルスと2nd パルスのエネルギーおよびそれらの時間差が既知であるパイルアップイベントのシミュレーションを行った。このデータを用いてパイルアップイベントを識別する効率、フィッティングによってエネルギーと崩壊時間情報を導出する効率、エネルギー分解能および時間分解能を評価した。また、同反応系のデータに対して波形解析を適用し、従来回路では測定することのできなかった216Fr, 217Ra, 218Ac, 217Ac, 215Fr, 214Ra などの短寿命α崩壊事象についてエネルギーおよび崩壊時間を導出した。また、これらの崩壊曲線のふるまいから、先に行った波形解析アルゴリズムの性能評価の妥当性を示した。最終的に、本研究で構築したシステムを用いる場合、超重核の入射イベントとα崩壊のエネルギーおよび時間差を得るためには、それらの時間差が前置増幅器出力波形の立ち上がり時間のに場合以上離れていれば波形解析効率は100 % であると分かった。ただし、α粒子が検出器をエスケープした場合には入射イベントとそのエスケープイベントのエネルギーが大きく異なるため、エネルギー比によっては波形解析効率が落ちる可能性がある。この状況を改善するためには、前置増幅器出力波形の立ち上がり時間を早めること、さらにその立ち上がり時間に対して十分なサンプリングレートで波形取得すること、また小さいパルスを逃さないようできるだけ閾値を下げることが有効であるとの結論を得た。

概要 i第1章 背景 11.1 超重元素合成の歴史. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 研究の背景. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3第2章 理論 112.1 核融合反応. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.2 超重元素の崩壊. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17第3章 波形解析アルゴリズム 213.1 導入. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.2 波形解析の原理と流れ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22第4章 実験概要・装置 394.1 装置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394.2 回路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434.3 波形データの取得. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464.4 実験条件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47第5章 波形解析の性能評価 495.1 検証1:波形解析の"効率" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495.2 検証2:サンプリングレートと立ち上がり時間との関係. . . . . . . . . . . . . . . . . 655.3 検証3:ノイズの影響. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75第6章 解析 866.1 解析準備. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 866.2 解析手順. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94第7章 結論 111謝辞137参考文献138

主指導教員 : 山口貴之

博士の専攻分野の名称 : 博士(理学)学位授与年月日 : 平成29年3月22日

各種コード

NII論文ID(NAID)

500001054971

NII著者ID(NRID)
  • 8000001173378
本文言語コード

jpn

データ提供元

機関リポジトリ / NDLデジタルコレクション

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