CRIS実験
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ISOLDEにおける共線共鳴イオン化分光法（CRIS）実験

共線共鳴イオン化分光法（CRIS ）実験は、欧州原子核研究機構（ CERN）のISOLDE施設に設置されています。この実験は、エキゾチック核の基底状態特性を研究し、崩壊研究に用いる高純度の異性体ビームを生成することを目的としています。CRISは、高速ビーム共線レーザー分光法の高解像度技術と共鳴イオン化の高効率技術を組み合わせることでこれを実現します。[ 1 ] [ 2 ]

背景

高速ビーム共線共鳴イオン化分光法は、従来のレーザー分光法であるインソース共鳴イオン化分光法と蛍光検出高速ビーム共線レーザー分光法の2つの手法を融合させたものである。[ 3 ]

共鳴イオン化分光法は段階的光イオン化法に基づいており、波長可変レーザーを用いてレーザー光の光子エネルギーを元素の原子遷移に一致させる。光が原子ビームに入射すると、光子は共鳴吸収される。精密に調整された一連のレーザーを用いることで、電子はエネルギー準位構造を通して元素のイオン化ポテンシャルにほぼ達するまで励起される。その後、元素は自動イオン化状態または非共鳴イオン化状態にイオン化される。[ 4 ] [ 5 ]この技術は、イオン化における元素選択性と測定における同位体選択性を可能にする。これは、他の元素が調整されたレーザー光の影響を受けないためである。[ 6 ]

蛍光検出高速ビーム共線レーザー分光法は、原子遷移の超微細構造と同位体シフトを解析する高解像度技術である。 [ 7 ]これは、イオンビームまたは原子ビームと調整された狭帯域レーザービームの2つのビームを重ね合わせることによって行われる。共鳴時にビームは走査され、蛍光光子が放出され、光子検出器によって収集される。[ 8 ]この技術で使用される高速ビームは、運動エネルギーの分布を制限し、共鳴ピークのドップラー広がりを低減する。 [ 9 ]

実験セットアップ

CERNのISOLDE施設のCRISビームライン

CRISは、ISOLDE施設で生成された加速、質量分離、室温まで冷却された放射性ビームを束ね、パルスレーザービームと空間的および時間的に重なるように導きます。[ 1 ]アルカリ充填電荷交換セル（CEC）は、イオンビームが差動ポンピング領域と偏向板を通過する前に、イオンビームを中和するために使用されます。[ 10 ]ここで、中和されなかった残留イオンは偏向されて排出され、中性ビームは超高真空（10-10 mbar ）に保たれた相互作用領域に進みます。[ 11 ] [ 12 ]

相互作用領域では、原子はレーザーによって共鳴イオン化され、水平および垂直の偏向板によって偏向されます。レーザーの狭い周波数帯域を走査し、イオンの計数率を監視することで、原子の超微細構造のスペクトルが得られます。[ 13 ]

イオンはMagneToFイオン検出器（以前はマイクロチャネルプレートが使用されていました）でカウントされ、ビームラインの端にある崩壊分光ステーション（DSS）でCRISは同位体の崩壊測定を行うことができます。[ 14 ] [ 11 ]

結果

CRIS実験に先立ち、ISOLDE施設で新しい高速ビーム共線共鳴イオン化技術の最初の実証では、低いデューティサイクルのために0.001％の効率が得られました。[ 15 ] 2008年に、CRIS実験は、高効率と分解能を同時に達成するためにこの技術を実装することが提案されました。[ 11 ]それ以来、実験は1％の実験効率を実証しています。[ 10 ]

2012年、CRIS実験はフランシウム同位体の初めての高感度測定を行い、その核構造のモデル予測と良好な一致を示しました。[ 16 ]それ以来、この実験は電荷半径、電磁双極子モーメントと四極子モーメント、同位体シフトなど、核構造のより精密な測定を行うことができるようになりました。[ 1 ]

2020年以来、CRIS実験は短寿命放射性分子を研究するための新しいアプローチに取り組んできました。[ 17 ]これらの放射性分子は、新しい物理学を発見するための有望なプローブです。[ 17 ] [ 18 ]

参考文献

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