イゾルデ崩壊ステーション実験

ISOLDE崩壊ステーション（IDS ）は、 CERNのISOLDE施設にある常設実験施設です。この実験の目的は、核工学や天体物理学を含むさまざまな用途のために、分光技術を使用して放射性同位体の崩壊特性を測定することです。^[1]実験装置は2014年から稼働しています。^[2]

実験システムは、高速タイミングや飛行時間などの技術を使用して、さまざまな崩壊測定のためにステーションに接続することができます。^{[3] [4] IDSは、軽い原子核から重い原子核までの範囲の}原子核を研究することができます。

放射性同位元素の短い核寿命を克服するには、高速タイミング電子機器を備えた高速検出器が必要です。この方法は高速タイミング技術として知られており、時間差と遅延を測定することで連続崩壊系列に使用されます。 ^[5]この技術で使用される検出器は、粒子が検出された時間を正確に測定でき、応答時間が速くなければなりません。この技術では、シンチレーション検出器と光電子増倍管(PMT) が最もよく使用されます。^[6]

荷電粒子分光法では、検出器は荷電粒子の位置とエネルギーを決定するために使用されます。これは、荷電粒子が通過するときに測定可能な電子正孔対を生成するためです。中性子は荷電粒子ではないため、その動きを測定するには、中性子の散乱プロセスを観察する必要があります。飛行時間検出器は、中性子がサンプルから検出器まで移動するのにかかる時間を測定し、中性子のエネルギーを計算するために使用できます。^[7]また、シンチレーション検出器は、エネルギーを光子に変換し、生成された光の強度を測定することで、中性子のエネルギーを決定するためにも使用されます。^[8]

ISOLDE施設のRC4ビームラインは、汎用分離装置（GPS）または高解像度分離装置（HRS）からのビームを使用でき、IDSに接続されています。^[9]イオンビームはコリメートされ、真空チャンバー内でテープ上に注入されます。テープは、指定された注入時間に応じて手動または自動で移動します。^[10]真空チャンバーの入口と出口には、可動式のファラデーカップがあります。 ^[11]

IDSの基本セットアップは、手動で引き込みと挿入が可能な4つの高純度ゲルマニウム（HPGe）クローバー検出器と1つのHPGeミニボールクラスター検出器で構成されています。これらの検出器は、優れた効率とエネルギー分解能を備えたガンマ検出器アレイを形成します。 ^{[12] [2]}各検出器には液体窒素冷却キャニスターがあり、4つのHPGe結晶で構成されています。2023年4月、IDSに新しいサポート構造が設置され、最大15台の追加検出器をさまざまな角度と距離で取り付けることができるようになりました。^{[1]実験からデータを読み取るために使用される}データ取得システム（DAQ）は、専用のXia Pixie-16 DAQで構成されています。

IDSセットアップの具体的な構成は、さまざまな実験目的に対応しています。これらの構成には、高効率ベータガンマ、高速タイミング、荷電粒子分光法、中性子分光法が含まれます。^{[13] [14] [15] [16]}

IDSの標準的な高ベータガンマ効率構成は、5つのHPGeクローバー検出器で構成され、1つは注入点に非常に近い位置（60 mm）に配置され、残りはわずかに離れた位置（75 mm）に配置されます。信号はベータ粒子によってプラスチックシンチレータに誘導され、2つのPMTによって読み取られます。^[3]

標準的な高速タイミング分光装置は、ベータ粒子を測定するための薄いプラスチックシンチレータ、2つのLaBr ₃（Ce）検出器、および4つのHPGeクローバー検出器で構成されています。この方法は、低強度ビームに対して高精度の測定が可能で、優れた効率と時間分解能を実現できます。^[14]

標準的なIDS荷電粒子分光装置は、ビームが注入されるテープを取り囲むシリコン検出器アレイで構成されています。このアレイの周囲には4つのHPGeクローバー検出器が配置されており、荷電粒子とガンマ線の両方を高効率で検出できます。^[17]

IDS中性子分光装置は、VANDLE（低エネルギー中性子検出器多目的アレイ）検出器をベースにしており、中性子飛行時間検出専用です。装置は、異なるサイズの3つのシンチレーション検出器モジュールと、PMTに結合されたシンチレーションプラスチックバーで構成されています。^[18]

IDSの恒久的な実験装置から得られる結果は、物理学のさまざまな分野、特に天体物理学に役立ちます。IDSが特定の遅延アルファ崩壊の確率を測定する際に取得した実験データは、以前の結果よりも改善されました。^{[9]この核反応は}赤色巨星で発生し、恒星の進化に関連しています。^{[19] [20]}

IDSを使用して行われた実験の結果は、同位体特性の研究や理論モデルの確認にも使用されてきた。^{[21] [22]}

2023年にIDSで初めて多重粒子放出実験が成功しました。^{[23] [11]この実験の分析の目的は、 28Si}の励起状態からのガンマ線脱励起につながる特定の崩壊チャネルを研究することです。^[11]

• ISOLDE ウェブサイトの IDS ページ
• CERN ウェブサイト内の IDS ページ