Transcript 挨拶とTRIAC紹介

TRIACの概要
IPNS, KEK, 宮武
TRIAC mini-work shop
原研東海、2006,8/28-29
短寿命核ビーム装置：
一次ビ−ム
用加速器
RIBFとの関係
質量分離装置
生成標的
イオン源
質量分離装置
一次ビ−ム
用加速器
生成標的
再加速器
実験装置
In- flight- type
ISOL- type
RIPS, RIBF, CRIB, JAERI-RMS
GANIL. MSU, GSI, Dubna,
Notre Dame, Texas A&M,...
GSI, ...
TRIAC
Louvain-la-Neuve, REX-ISOLDE,
SPIRAL, ISAC, HRIBF,
EXCYT,BEARS,...
ISAC-II, SPIRAL-II, MAFF,..
EURISOL
RIA
・中高エネルギ−, 短時間質量分離, 中強度
[核物理]
核反応機構（破砕反応、核子移行反応）
核構造（未知核探索、二次核反応）
[天体核物理]
核反応率の間接測定（r-過程, rp-過程, CNOサイクル）
[学際領域]
多重トレ−サ−による生体機能、照射効果
実験装置
・高品質ビ−ム, 加速エネルギ−可変, 高強度
[核物理]
核反応機構（融合反応、核子移行反応）
核構造（ク−ロン励起、スピン偏極、レ−ザ−）
超重元素探索
[天体核物理]
核反応率の直接測定（r-過程, rp-過程, CNO）
[学際領域]
熱拡散現象、新物質探索、重元素の化学的性質
RNB facility based on the ISOL and post-acceleration scheme
Joint RNB project has been started since 2001.
• ≥ 5 MeV/u RNB will be available with using the SC-linac.
• Neutron-rich medium- and heavy-RNBs can be supplied via the
proton-induced U-fission.
• Intense HI-beams are also available
independent from the Tandem beam.
• Accelerated RNB center under the collaboration of
KEK and JAEA.
短寿命核グループのアクティビティ
主要な研究項目と研究計画
・中性子過剰な重原子核領域での核構造と反応機構
(a) 魔法数の統一的理解(N=82, 126, 184)
(b) 中性子スキン核の融合反応機構解明
・天体における重元素生成過程
(a) rapid neutron capture (r-) 過程の天体環境
(b) mass gap A=8周辺の元素生成経路
・プローブとしての短寿命核ビーム開拓
(a) 拡散定数の直接測定
(b) スピン偏極短寿命核ビームによるb-NMR
研究装置の運転・開発
・TRIAC (Tokai Radioactive Ion Accelerator Complex)：共同利用実験装置(H17より)
チャージブリーダー、ビームライン・制御、加速器、つなぎライン建設・開発
[H17後半期の利用実績] 利用機関：12（国外2）、延べ利用者数：197人
装置運転時間(JAEAとの共同研究を含む）：1,016h、KEK共同利用実施時間：216h
Time schedule
2000
2001 2002 2003 2004 2005 2006
KEK
Charge Breeder
Beam line
Linac
Measuring device
Water
Buncher
JAEA
low-b SC-QWRs
Exp. Room
Utility house
Electric power
Water cooling system
Nuclear physics:
Reaction mechanism of n-skin nuclei
Super heavy elements
Super deformation (Coulex)
Decay (Spin-polarized RNB)
Nuclear astrophysics: Reaction rates
Mass measurements
Material science:
Thermal diffusion mechanism
Electromagnetic structure (PAC, bNMR)
Nuclear chemistry: Relativistic effects (Atom-at-a-time)
≤ 1.1 MeV/u
≥ 5 MeV/u
中性子過剰な重原子核領域での核構造と反応機構
• 融合反応での過剰中性子の役割(H20〜?)
133-151Csビームによる融合障壁近傍の励起関数測定
• 新たな超重元素生成機構の開拓(H17 〜)
超重元素生成時の融合核形成過程と蒸発過程の分離測定
・中性子過剰原子核の構造(H17〜)
中性子過剰N=82近傍核のスピン偏極核分光による殻構造
中性子過剰N=126未知核種の探索
超重核合成時の融合障壁測定
天体における重元素生成過程
A=80,130
ピークから求めた
条件
A=195
A=130
A=80
B. S. Meyer et al., Astro. J. 399(1992)656.
• r-過程存在比ピーク生成のための環境温度-中性子数密度条件(H20〜?)
A=195ピーク：未知核202Os, 201Re, 200Wなどの探索と崩壊様式測定
• r-過程の環境温度(H17〜)
A=130ピーク：132Sn, 131Inなどの中性子捕獲断面積測定
•A = 8近傍での元素生成（r-過程、非一様ビッグバン）(H15〜)
8Liが関与する全反応経路の反応率直接測定
プローブとしての短寿命核ビーム開拓
• 短寿命核による拡散定数測定(8Li, 20Fなど）
(H17〜)
LiAl, LiGa, LiIn, Li2S, La1/3-xLi3xTaO3,La2/3xLi3xTiO3, LixM(2-x)/3TiO3 (M: La, Nb, Pr), etc.
CaF, etc.
Sudden change
• スピン偏極した短寿命核
(H17〜)
半導体中の希薄不純物元素, 欠陥
Ag, Cu, Br, Rb, As, Cd, In, etc.
in CdTe, CdS, ZnSe, Si, etc.
@240(±5) K
Th. Wichert et al., N.P. A693(‘01)327
拡散定数 (cm2/s)
-6
10
-7
10
-8
10
-9
10
-10
10
-11
10
2
2.5
3
3.5
温度 (1000/T: K-1)
4
4.5
5
The facility layout
Specific parameters of TRIAC
Primary Beam
energy, intensity
Production Target
ISOL
40 MeV, p, 3A, HI (20MV)
UC2, etc
M/M, I/S
1200, FEBIAD, Surface, etc.
Charge Breeder
ECRIS
18 GHz, 1 kW
I/S for stable HI
ECRIS
14 GHz, 200 W
injection energy
2.1 keV/u
output energy
0.14-8.52 MeV/u (variable)
duty cycle
100% (A/q≤16), 30% (A/q=29)
SCRFQ-linac
frequency, output energy
25.96 MHz, 178.4 keV/u (A/q≤29)
IH-linac
frequency, output energy
51.92 MHz, 0.14-1.09 MeV/u (A/q≤10)
SC-linac*
frequency, output energy
129.8 MHz, < 5.25 MeV/u (A/q≤7),
linac complex
< 8.52 MeV/u (A/q≤4)
*The structure of the SC-linac will be modified from the original one (40 cavities ) to the one with 8 low-b
cavities + 36 original cavities.
Expected production rate
11
> 10
11
10
10 - 10
10
9
10 - 10
9
8
10 - 10
8
7
10 - 10
7
6
10 - 10
6
5
10 - 10
St able
Proton Number
70
60
5
4
10 - 10
4
3
10 - 10
3
2
10 - 10
2
1
10 - 10
1
0
10 - 10
0
-1
10 - 10
Long Lived
(even Z)
(odd Z)
T
(p)=1 ms
1/ 2
111In
50
132Sn
(odd N)
(even N)
Sn=0
40
UC_2+p(30 MeV, 3 micro A)
2 mm^ t
K. Tsukada, priv. comm.
30
40
50
60
70
80
Neutron Number
90
100
RNB
Intensity
depend on
 i:1~80%
 cb:5~20%
 acc:~80%
RNB用ウラン標的装着型イオン源
FEBIADイオン源
表面電離イオン源
Heat shields
Heat shields (Ta, Mo)
Proton beam
Anode
Filament-1
Filament-2
Cathode
heater
Plasma
Uranium carbide target
Proton beam
Uranium carbide target
Target
heater
Ionizer (inner surface is coverd with a thin Re foil)
FEBIADイオン源：蒸気圧の高い元素、Sn,In,Ag,Au,などに適用
表面電離型イオン源：アルカリ、アルカリ土類、希土類元素に適用
これまでに開発したRNB
Nuclides (half-life) Overall efficiency
(Type of ion source)
Li+ (0.84s)
6%
(surface ionization)
核子移行
18F+(109.7m)
12%
核子移行、分子イオン分離 (FEBIAD)
20F+(11.0s)
12%
核子移行、分子イオン分離 (FEBIAD)
111In+(2.81d)
2.5%
融合反応
(FEBIAD)
8
Beam strength
Target:Primary Beam
(at focal plane of ISOL: pps/300pnA)
1 x 107
1 x 106
2.5 x 105
2.5 x 105
核分裂で生成する中性子過剰核ビーム
91-95Rb、 91-95Sr、 139-144Cs, 139-144Ba
オンラインでイオン化・分離を確認した元素（核種）
Sn、Xe、Kr、Eu（162Euまで確認）
( Energy: MeV)
C (graphite)
7Li (60)
Ti (metal foil)
19F(124)
Ti( metal foil)
19F(124)
96Mo(metal foil)
19F(124)
13
Measured Yields of Isotopes
Measured beam intensity
(ions/sec)
Proton Number
La
Ba
Cs
Xe
9 x 106
1 x 106 ～
9 x 105
1 x 105 ～
1 x 104～　9 x 104
1 x 103 ～　9 x 103
9 x 102
1 x 102 ～
1 x 101～　9 x 101
I
Te
Sb
Sn
In
Cd
Ag
Z=50
132Sn
Pd
N=82
Neutron Number
0.33g/cm2 of U@1A
Proton Number
Y
Sr
Rb
Kr
Br
Se
As
Ge
Ga
Zn
Cu
Ni
• 330 g/cm2 natUCx target
30 MeV 1 A proton beam
102 isotopes in 19 elements
e.g.) 132Sn 9x104 cps
Z=28
Neutron Number
N=50
2.6 g/cm2, 3 A
1.5x1011 fis/s
2x106 cps
An 18 GHz ECRIS as a charge breeder
1+-ion
from ISOL
Vacc=VCB
movable
deceleration
electrodes
sextupole magnet: length=300mm
fin=82.5 mm
Bmax~1.1 T at 75mmf
nuclide
charge
state
CB(%)
40Ar
9+
14
86Kr
12+
10
129Xe
20+
7
138Ba
20+
2
micro wave: f=18 GHz, P=1 kW
mirror coils: Bmax/ Bmin
~1.5 /0.4 T
correction coil: Bmax~0.4 T
n+-ion
VCB=2.1•A/q kV
to SCRFQ
Time Structure of Charge-bred Xe ions
SCRFQ- and IH-linacs
SCRFQ:
25.5->26 MHz
IH:
51->52 MHz
to match the
rf-frequency of
the SC-linac
JAERI-Tandem
2003.10.9
Low-b QWR
New designed low- b SC-cavity (bopt. = 0.06)
•2 Nb-QWRs
•3 acceleration gaps
8 low-b cavities + 36 original cavities
A/q
10
7
6
5
4
E/A(MeV/u)
8 low-β cavities
+36 cavities
1.64
3.81
1.88
5.25
2.01
6.03
2.19
7.05
2.46
8.52
共同研究実験課題の流れ
共同利用の説明ーー＞http://triac.kek.jp
Conclusion
•Joint project of KEK-JAERI RNB facility has been started.
• RNB of fission fragments can be supplied by the UC-target.
• Intense stable heavy-ion beam is also available
independent from Tandem beam.
• Charge Breeding(CB-) ECR is installed between
ISOL and linac complex.
• 1.09 MeV/u RNB has been available from the end of 2004.
• ≥ 5 MeV/u RNB will be ready at 2007.