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