中性子過剰核のE1応答と新γ線検出器CATANA
B02班東京工業大学栂野 泰宏
12017.02.16~18
新学術領域「中性子星核物質」第5回ウィンタースクール
核物質の状態方程式 (EOS)
2
(未知の)原子核のバルクな性質, 中性子星, 超新星爆発⇢0 = 0.16 fm�3
symmetricN=Z
neutron matter
EsymのJやLを制限ρ ≦ ρ0の領域の性質から
密度依存性を制限できないか?
中性子スキンとシンメトリーエネルギー
Large L → Small Esym in low-ρ
→ Thick n-skin
208Pb
Roca-Maza et al., PRL 106, 252501
Proton
Neutron
Neutron skin
symmetric
neutron matter
σab
s
中性子過剰核のE1応答PDR
GDR
Core
4
光(γ)
核
Ex: ~10 MeV~5% of TRK sum
Ex: ~80A-1/3 MeV~100% of TRK sum
• ピグミー双極子共鳴(PDR): 中性子過剰核(208Pb, 132Sn, 68Ni等)
• 中性子スキンの振動?1粒子的な励起?
• 巨大双極子共鳴(GDR): all (stable) nuclei 相関中性子スキン厚
シンメトリーエネルギー
J. Piekarewicz, EPJA 50, 25 (2014).
MF calculations
例: 208PbのE1応答
5
A. Tamii et al., PRL 107, 062502
A. Tamii et al., EPJA 50, 28 (2014)
GDRPDR
208Pb
↵D = 20.1± 0.6 fm3
Esym(⇢) = J + Lx+ ...
カルシウム同位体のPDR
6
T. Inakura et al., PRC84, 021302 (2011)
T. Inakura et al., PRC88, 051305 (2013)
PDR
stre
ngth
[e2 f
m2 ]
PDRの進化 EOSへの制限
48,50,52Caのクーロン励起 @ RIKEND01班との共同研究
実験手法
Eγ
β~0.6 virtual photon absorption
n
51Ca
52Ca52Ca
Eγ2
Pb
Eγ1
52Ca
51Ca+n
Erel
Eγ1Eγ2
Sn
52Ca52Ca
Pb
52Ca
52Ca
Eγ
~2% γ branch
複数のγ線
高エネルギーγ線 (~10 MeV)
SAMURAI@RIBF
240 AMeV 52Ca
Pb target
n
Neutron detectors
8
Charged particle detector
CATANA
SAMURAI magnet
2.7 T
51Ca
2017年4月に実験
MWDC
IC
Plastic
MWDC
plastic, IC,
2xMWDC
LaBr3NeuLAND
NEBULA
複数のγ線高エネルギーγ線
CATANA• CAesium iodide array for γ-ray Transitions in Atomic
Nuclei at high isospin Asymmetry• 結晶: CsI(Na), 1リングあたり結晶20個
• 全体で結晶200個(現在は100個)
• 高検出効率: ~60% for 1 MeV γ-ray
• 高エネルギーγ線の測定(~15 MeV)
Beam
CATANAの構造• ドップラーシフト&Lorentzブースト
• • Forward focus
40 cm
20 cm
角度分解能: ~9 deg
15 cm t
9 cm t
θ
CATANAの構造• ドップラーシフト&Lorentzブースト
• • Forward focus
40 cm
20 cm
角度分解能: ~9 deg
15 cm t
9 cm t
θ
100 crystals
検出効率: 24% for 1 MeV γ-ray
CsI(Na)検出器CsI(Na) CsI(Tl) NaI(Tl)
Density [g/cm3] 4.51 3.67
Effective Z 54 50
Radiation length [cm] 1.86 2.6
Wavelength max [nm] 420 560 410
Decay time [ns] 630 1000 230
Relative light output [%] 85 45 100
CsI(Na)Good高密度, 良い光出力
時間応答, PMTの光特性
Bad潮解性→ 0.5mm厚Alハウジング
CATANA架台1
Beam
5901495
2300
designed by N. Chiga @RIKEN
1880
CATANA @ RIBF
14
CATANA @ RIBF
15
CsI(Na)シンチレータ100個
Beam
Detector ID
Ener
gy [k
eV]
88Y
SAMURAI
F1F2 F3
F5F7
F11
plastic plasticplastic
IC
TOF
BρF0
ΔE F13
16
31Ne ~245 AMeV
Be
48Ca (345 AMeV, Max 800 pnA)
SAMURAI27 experiment
CATANA for SAMURAI27 experiment
17
31Ne Beam
Drift chamber
CATANA
Magneticshield
Nov. & Dec. 2016
SAMURAImagnet
C target
まとめと展望• 中性子過剰核のE1応答測定 → 状態方程式の制限
• 実験提案: D01班と共同研究 → 2017年4月に実験
• 新γ線検出器CATANAの建設 → 2016年10月完成
• SAMURAI36実験で使用
• 31Neの核構造 → 複数の既知(&未知)のγ線が測定
• 2017年秋以降も複数の実験でγ線測定のためCATANAを使用
• 将来: proton calorimeter
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