CRIS実験

共線共鳴イオン化分光法（CRIS ）実験は、 CERNのISOLDE施設で行われています。この実験は、エキゾチック核の基底状態の特性を研究し、崩壊研究に使用す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使用してこれを行います。^{[1] [2]}

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の2つの手法、すなわち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を融合したものである。^[3]

共鳴イオン化分光法は段階的な光イオン化に基づいており、波長可変レーザーを使用し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ます。光が原子ビームに入射すると、光子は共鳴吸収されます。一連の正確に調整されたレーザーを使用することで、電子はエネルギーレベル構造を介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ます。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ます。^{[4] [5]}この技術により、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が実現します。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す。^[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す。 ^[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ます。共鳴時にビームがスキャンされ、蛍光光子が放出され、光子検出器によって収集されます。^{[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減らします。 ^[9]

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 ^）を使用してイオンビームを中和してから、差動ポンピング領域と偏向板に導きます。^{[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、水平および垂直偏向板によって偏向される。イオンカウント率を監視しながらレーザーの狭い周波数帯域をスキャンすると、原子の超微細構造のスペクトルが得られる。^[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]}

CRIS実験に先立ち、ISOLDE施設での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、デューティサイクルが低いため、効率は0.001％でした。^[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確認しました。^[16]それ以来、この実験では電荷半径、電磁双極子および四極子モーメント、同位体シフトなど、核構造のより精密な測定が可能になりました。^[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います。^[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]}

• CERNウェブサイト内のCRISページ
• ISOLDE施設ウェブサイト内のCRISページ
• CRIS 実験に関する Gerda Neyens 氏へのインタビュー (CERN YouTube チャンネル)