先端理工学

溝井　浩

教授　溝井　浩

現在は、不安定な原子核が関与する天体核反応の研究に取り組んでいます。

この宇宙に存在する元素のうち、Liまでの原子番号の小さい元素は、ビッグバン直後の最初の３分間で合成されたと考えられています。それよりも原子番号の大きな元素は、恒星の内部や、超新星爆発などで合成されていると考えられています。元素の合成に関与する原子核反応のうち、地球上に天然に存在するような安定な元素が関与する部分については、研究が進んでいます。一方、千分の一秒程度かそれ以下の短い寿命にか持たない元素が関与する原子核反応については、まだ良く分かっていません。理論的には、そのような不安定な原子核が関与する核反応が、重要であることが示唆されています。本研究では、理論的に理論的に予測されている重要な原子核反応を測定し、その反応率を得ることを目的としています。

　研究は、本学、高エネルギー加速器研究機構、日本原子力研究所、大阪大学、東京理科大学の研究グループと共同で、日本原子力研究所のタンデム加速器施設を用いて進められています。実験には、本研究室で開発した多重飛跡測定型ガス検出器（MSTPC)が使われています。これにより、不安定な原子核が引き起こす原子核反応を測定することを可能にしています。

次期計画として、不安定な原子核を使った超重元素の合成のための研究を準備しています

　地球上に天然に存在するもっとも原子番号が大きな元素は、９２番のウランであることが知られています。一般に、ウラン以上の原子番号を持つ原子核は、原子核内の陽子同士が互いに反発し、安定な状態を作れずに短寿命で自発崩壊してしまうため、自然界には存在しませんが、実験室では、加速器実験により１１８番までの元素合成が報告されています。本研究では、より大きな原子番号をもつ超重元素の合成を試みる実験を準備しています。

本研究室では、A257a室にて放射線検出器の開発・試験を行っています。
また、A257b室では、データ収集回路の開発・試験および、データ解析や実験シミュレーションのためのネットワーク分散処理システム構築などを行っています。これらの研究は、本学福田研との共同研究として行われています。

本研究室で最近開発した検出器を紹介します。

Drift Chamber (DC)

動作原理：　検出器中には、Ar-CH₄混合ガスなどが詰められています。放射線（主に荷電粒子）がガス中を通過すると、ガスがイオン化され、電子と陽イオンが発生します。ドリフトチャンバー中には強い電場がかけられており、発生した電子は、この電場に引かれて移動します。ガス中での、電子の移動速度と、移動時間から荷電粒子が移動した距離が分かるので、これを利用して、放射線が検出器中を通過した位置を測定することができます。

写真に見えているワイヤで電場を作っています。また、電子がワイヤに到着すると、電子はワイヤに吸収されて信号が誘起されます。この信号を記録することで、放射線が通過した位置を割り出します。本研究室で設計し、REPIC社にて製造されました。２００５年３月納品。

写真提供：REPIC

現在研究中の検出器を紹介します。

GEM-MSTPC

欧州のCERNで開発されたGEM (Gas Electron Multiplier)を利用した、MSTPC (Multiple-Sampling and Tracking Proportional Chmaber) です。GEMを使うことで、従来のMSTPCよりも、高分解能で高計数率に耐えることが可能になるように、設計を進めています。

Cylindrical Drift Chamber System

Sクオーク(strangeness quark)を含むハイパー核の性質を探るための検出器システムです。ハイパー核を生成するための標的と、標的を取り囲むように、Vertec chamber、Cylindrical drift Chamberを設置し、ハイパー核から放出される、π中間子や、陽子などを測定します。また、これらの運動量を測定するために、これらの検出器は、ソレノイド電磁石のなかに設置されます。

本研究室の設備を紹介します。

○A257b室の設備

データ解析・シミュレーション用計算機。ラック内には、福田研、原田研、数理科学研究センターのサーバーも収納しています。

データ収集用システム。VMEバス上に構築されています。

2004年以前に開発した検出器を紹介します。

Multiple-Sampling and Tracking Proportional Chamber (MSTPC)

動作原理：　MSTPC中に電荷を持った放射線（荷電粒子）が入射すると、検出器中に充填されたガスを電離することでそのエネルギーを失っていきます。電離によって発生する電荷量を、粒子の軌跡に沿って単位長さごとに測定することで、MSTPC中に入射した荷電粒子の種類を特定することができます。また、適当な電場をかけることで、電離によって生じた電子を移動させ、その移動速度と移動時間から、電場方向に沿った座標軸で、荷電粒子が通過した位置を割り出すことが出来ます。また、電荷量を測定する電極を分割することで、電極に沿った座標軸で荷電粒子が通過した位置を割り出すことができます。これらにより、ガス中を通過した荷電粒子の種類と、その軌跡を三次元的に測定することができます。

下の写真は、左から、MSTPC本体、組み立て途中、真空容器に組み込んだ様子、真空容器全体、を写したものです。

参考文献

Multiple-sampling and tracking proportional chamber for nuclear reactions with low-energy radioactive isotope beams

Y.Mizoi}, T.Fukuda, Y.Matsuyama, T.Miyachi, J.Nakano, N.Fukuda, M.Hirai, H.Kobinata, Y.X.Watanabe, H.Sakurai, Y.Watanabe, and A.Yoshida

Nuclear Instruments and Methods A431(1999)112-122

大阪電気通信大学　大学院　工学研究科　先端理工学専攻

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