低速ＲＩビーム生成装置開発チーム

RIBFのBigRIPSから得られる高エネルギーRIビームを減速冷却し、あらゆる元素の不安定同位体イオンをイオントラップ中に停止した状態、あるいは極低速のビームとして提供する次世代低速RIビーム施設(SLOWRI)の開発を行っています。さらにそのイオンに対する精密原子分光法による核構造研究を進めています。 高エネルギービームの減速冷却方法として、大型のガスセルとその内部に高周波電場を用いる高周波イオンガイド法を世界で最初に提案し、プロトタイプ装置を用いたオンライン試験を進めてきました。入射エネルギー１GeVのLi-8イオンにおいて、全効率5%を達成し、最大強度25kcpsを得ています。高周波イオンガイド装置から得られる低速ビームは、高周波多重極イオンビームガイドにより、超高真空環境に置かれたイオントラップ装置に輸送されレーザー分光に供されます。この輸送装置にカーボンファイバ強化プラスチックを用いた高周波8重極ビームガイド(Carbon-OPIG)を発明し、1mbarの低真空から10^{^}-9mbarの超高真空まで70%以上の効率で輸送することができるようになりました。ベリリウム同位体に対するオンラインレーザー分光実験において、初期エネルギー1GeVのBeイオンは、ガス中での減速冷却さらにトラップ中でのレーザー冷却によって1μeVまで冷却され、実に10^{^}-15の運動エネルギー減衰に成功しました。さらにBe-7,Be-9,Be-11の基底準位の超微細構造定数を10^{^}-7の精度で測定しました。また、Be-7,Be-9,Be-10,Be-11イオンの基底準位から第一励起準位の転移エネルギーを10^{^}-9の精度で決定し、同位体効果から荷電半径を決定しました。低速RIビームを利用した分光実験として、トラップを用いたレーザー分光の他に、共線レーザー分光による荷電半径の研究、多重反射型飛行時間測定式質量分析器による原子質量測定のためのオフライン試験が進行しています。KおよびRB同位体の質量測定試験において、質量分解能140,000を5msの測定で達成しました。これは、ペニングトラップ型質量測定器では現存しない90Tの磁石を用いなければ達成できない性能です。

研究テーマ

• 次世代低速RIビーム施設(SLOWRI)の建設
• イオントラップを用いた高精度レーザー分光によるベリリウム同位体の研究
• 飛行時間測定式質量分析器の開発と短寿命不安定原子核の原子質量測定
• 同位体効果測定のための共線レーザー分光装置の開発
• ガスセルと共鳴イオン化によるパラサイト低速RIビーム生成機構とレーザー分光法の開発

主要論文

1. Wada, M., Okada, K., Nakamura, T., Takamine, A., Lioubimov, V., Schury, P., Ishida, Y., Sonoda, T., Ogawa, M., Yamazaki, Y., Kambara, T., Kanai, Y., Kojima, T.M., Yoshida A., Kubo, T., K., Katayama, I., Ohtani, S., Wollnik, H., Schuessler, H.A.:
   "Precision Measurements of the hyperfine Structure of Laser-Cooled Radioactive 7Be+ ions Produced by Projectile Fragmentation"
   Phys. Rev. Lett. 101, 212502 (2008)
2. Nakamura, T., Wada, M., Okada, K., Takamine, A., Ishida, Y., Yamazaki, Y., Kambara, T., Kanai, Y., Kojima, T.M., Nakai, Y., Oshima, N., Yoshida, A., Kubo, T., Ohtani, S., Noda, K., Katayama, I., Lioubimov, V., Wollnik, H., Varentsov, V., Schuessler, H.A.:
   "Laser spectroscopy of 7,10 Be+ in an ion trap"
   Phys. Rev. A 74, 052503 (2006)
3. Okada, K., Yasuda, K., Takayanagai, T., Wada, M., Schuessler, H.A., Ohtani, S.:
   "Crystallization of Ca+ ions in a linear rf octupole ion trap"
   Phys. Rev. A 75, 033409 (2007)
4. Ishida, Y., Wada, M., Wollnik, H.:
   "A multi-reflection time-of-flight mass spectrometer for mass measurements of short-lived nuclei"
   Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B241 (2005) 983
5. Takamine, A., Wada, M., Okada, K., Nakamura, T., Schury, P., Sonoda, T., Lioubimov, V., Iimura, H., Yamazaki, Y., Kanai, Y., Kojima, T.M., Yoshida, A., Kubo, T., Katayama, I., Ohtani, S., Wollnik, H., Schuessler, H.A.:
   "Isotope shift measurements of 11,9,7Be+"
   Eur. Phys. J. A. 10883-5 (2009)
6. Okada, K.,Takayanagi, T., Wada, M., Ohtani, S., Schuessler, H.A.:
   "Observation of ion Coulomb crystals in a cryogenic linear octopole rf ion trap"
   Phys. Rev. A 80, 043405-0-4 (2009)
7. Takamine, A., Wada, M., Ishida, Y., Nakamura, T., Okada, K., Yamazaki, Y., Kambara, T., Kanai, Y., Kojima, T.M., Nakai, Y., Oshima, N., Yoshida, A., Kubo, T., Ohtani, S., Noda, K., Katayama, I., Hostain, P., Varentsov, V., Wollnik, H.:
   "Space-charge effect in the catcher gas cell of a rf ion guide"
   Rev. Sci. Instrum. 76, 103503 (2005)
8. Wada, M.:
   "Deceleration and Cooling of RI-Beams, -- from GeV to ueV --"
   Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A532. 40-47 (2004)
9. Wada, M., Yamazaki, Y.:
   "Technical developments toward Anti-Protonic Radioactive Nuclear Atoms for Nuclear Structure Study"
   Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B214, 196-200, (2004)
10. Wada, M., Ishida, Y., Nakamura, T., Yamazaki, Y., Kambara, T., Ohyama, H., Kanai, Y., Kojima, T.M., Nakai, Y., Yoshida, A., Kubo, T., Matsuo, Y., Fukuyama, Y., Okada, K., Sonoda, T., Ohtani, S., Noda, K., Kawakami, H., Katayama, I.:
    "Slow RI-beams from projectile fragment separators"
    Nucl. Instrum. and Meth. B204, 570-581 (2003)