11Be*からの β 遅発低エネルギー中性子測定による準位の同定とスピン・パリティ決定
大阪大学 川合清裕、出水秀明、赤阪陽介、若林 功、下田 正KEK 平山賀一、宮武宇也TRIUMF C.D.P. Levy, K.P. Jackson
9Li11Li
nn
S2n=300keV11Be
10Ben
S1n=504keV
very neutron-rich nucleus
halo structure
β-decay
日本物理学会 2005年3月27日
1 研究の動機
F. Ajzenberg-Selove, Nucl. Phys. A506 (1990) 1.
11Be は核構造が注目されている原子核であるにもかかわらず
わかっている準位が少ない
多くの準位のスピン・パリティが未知
崩壊経路が未知
理論との比較が困難
第一励起状態より上の状態は中性子崩壊する
実験目的-低エネルギー中性子の由来2
R.E. Azuma et al., Phys. Rev. Lett. 43(1979)1652
3He ionization chamber
thermal neutron
Ε1
Ε2
3.89 MeV状態は 3/2+ という説もある9Be(t,p)11Be: DWBA fitLiu et al. Phys. Rev. C42 (1997) 167.
3 測定原理
11Li のβ崩壊後に起こる中性子崩壊とガンマ崩壊を同時計測
β遅発崩壊分光
11Li をスピン偏極させる独自の新しい分光法
崩壊経路・強度の確定
中性子を放出する準位の決定
準位のスピン・パリティを決定
測定原理詳細
Wβ (0) Wβ (π)
偏極
Wβ (0)+Wβ (π)Wβ (0) - Wβ (π)
neutron , γ
↓個々の準位・崩壊経路とスピン・パリティ決定
∩
スピン偏極した原子核が放出するβ線
β線を非対称に放出
Wβ(θ)~1 + AP cosθ
Α=−1+ Ιi / (Ii + 1)− Ιi / (Ii + 1)
If = Ii + 1If = Ii - 1
If = Ii
4 実験装置 カナダ TRIUMF偏極不安定核
β- n, β- n-γβ- γ, coincidence
En = 1 keV – 9 MeV
Li-glass scintillator:ΔΩn = 0.92% x 2, εn =2.1%@15 keV, εn = 1.3%@80 keVEn≧1 keV
Flight Length: 130 mm
Ge detector: HPGe, 50 and 60 %,ΔΩγ εγ = 3.2x10 @3 MeV
plastic scintillator:ΔΩn = 1.8% x 6,εn = 19%@2 MeV,En ≧500 keV
Flight Length: 1.5 m
β-ray telescope:ΔΩβ = 14.7% x 2,εβ = 90%
-330 keV
低エネルギー中性子検出器
6Li を含むガラスシンチレーター
6Li + n → α + t +4.78 MeV
ガンマ線との分離容易検出効率大
飛行時間測定(TOF)
低エネルギー中性子検出の問題
検出器内外の物質による散乱
問題点
遅れて検出 ⇒ TOFスペクトルの歪み
中性子輸送コードMCNP シミュレーション
(Version 4C , JENDL 3.3)6Li-glass
n
散乱体
⇒
散乱によるテール
実験セットアップ
6Li-glass only
243keV resonance
En=17 keV 幅9 keVの中性子
実験セットアップ
6Li-glass only
検出効率の増大
MCNP 予測の妥当性
京都大学原子炉実験所パルス中性子源BGO 検出器との比較
3 – 25 keV
絶対検出効率
β−遅発低エネルギー中性子の崩壊強度
;高エネルギー中性子
;resonance peak
AやBのテールが目的の成分に混ざり込む
精度良く崩壊強度を決定することが困難↓
中性子の中心エネルギー・幅・崩壊強度を変えてフィッティング
Α
Β
C D
55 14 3.5 neutron energy (keV)
-2
C: エネルギー;73(5)keV 幅;35 keV 崩壊強度;6.9±2.0%
D: エネルギー;17(1)keV 幅; 9 keV 崩壊強度;11±2.3%+3
+15-10
5
非対称度測定によるスピン・パリティ決定
Α = −0.46 ±0.26 ⇒ 3 / 2 −
Α = +0.55 ±0.09 ⇒ 5 / 2 −73 keV………17 keV………
17 keV73 keV
Nβ(0°) ∝ 1 + AP
Nβ(180°) ∝ 1 − AP
6
11Li → 11Be
AP (320 keVγ) = -0.433±0.005
ε(solid angle) =0.80ε(spin relaxation) =0.98
11Be* (1st, 1/2-) →11Be (gs, 1/2+)A = -1
P = 0.552±0.007
7 β-n-γ同時計数による崩壊経路の確定(1)遅発中性子放出後に放出されるγ線
n
γ
219 keV, 2590 keV, 2811 keV, 2895 keV, 3368 keV, 5960 keV
17 keV中性子 73 keV中性子
β-n-γ同時計数による崩壊経路の確定(2)
17 keV中性子との同時計測 73 keV中性子との同時計測
同時計数 中性子強度とγの efficiency からの見積もりβ-n-γ
22±5 counts15±4 counts7±3 counts 8±3 counts
17 keV中性子73 keV中性子
実測
3368 keV 3368 keV
エラーの範囲で良く一致している
8 実験結果のまとめ
崩壊強度
スピン・パリティ
準位 ⇒ 決定
9 以前の実験結果
2002年7月 6つの状態のスピン・パリティを決定
Y. Hirayama et al., Phys. Lett. B611 (2005) 239
誤差 ; 崩壊強度誤差の内訳
実験的に確認したMCNPの誤差 ; 15%β線検出器(START信号)の誤差 ; 7%11Liのβ崩壊数の見積もりの誤差 ; 10%
固定誤差
フィッティングエラー
73 keV : 21 %17 keV : 9.4%
誤差 ; Asymmetry –parameter L,Rそれぞれのβ線検出器と同時計測される中性子の検出数
⇒
±反転 ⇒
偏極度P : 0.443±0.005
確定した崩壊強度の成分でフィッティングを行った時のエラー
73 keV : 53.3% , 17 keV : 16.5%中性子幅由来の誤差
73 keV : 14.2% , 17 keV : 5.5%
Spectroscopic factor
例えば、10Be(3.368MeV)+ n (1p1/2)の系でp波を仮定すると
73 keV中性子; 0.26 , 17 keV ; 0.44
6Li-glass scintillatorの特性
γ-線との分離6Li + n → α + t +4.78 MeV
OXBASHによる予測
OXBASHによる予測