60
Co線源を用いたγ線分光
―角相関と偏光の測定―
原子核物理グループ
白鳥 昂太郎
平成17年3月18日
―目的―


60
Co線源から放出される2つのγ線の角相関①と
偏光②を測定し、レベルスキームの構成に欠かせ
ないγ遷移のスピンとパリティを決定する
今実験のために構成した偏光測定装置の性能
を評価する
②
①
―原理―
原子核の遷移

角相関
多重極度λの遷移
→電気型Eλ遷移 磁気型Mλ遷移
パリティ変化
λ
λ+1
E型:πiπf =(-1) M型:πiπf =(-1)


直線偏光



偏光γ線:向きが一様でない電気、磁
気双極子から放射される電磁波
放射の際の電場の振動方向を偏光の
向きとする
偏光の大きさはθに依存 (90°最大)
電気双極子放射E1
量子化軸に平行
磁気双極子放射M1
量子化軸に垂直

線源:始状態のスピンに偏りが
なく角度分布や偏光を示さない
光子がz軸方向に運ぶ角運動
量が±1のみなので、カスケー
ド遷移の1つのγ線を捉えると中
間状態のスピンが偏る
→同時計測すると、放出される2つ
のγ線に角相関が生じる
 J1→J2→0が分かる
偏光測定

偏光を生じさせるために、
放出される2つのγ線を90
度の角度で同時計測

偏光の測定にコンプトン散乱
を用いる

電場の向きで散乱断面積が
変わる(Klein-Nishinaの式)

d r02 E 2  E E0
2
2





2
sin

cos

2 
d 2 E0  E0 E



同時計測したγ線の一方をコ
ンプトン散乱させ、垂直方向と
水平方向に置いたDetectorで
検出された数の違いから偏光
を測定
z
測定の概要図
偏光と非対称度

測定に用いる式 偏光度
N∥np 
A 1 aE N   N∥


P 
, a E 
Q Q aE N   N∥
N  np 


60
Coにおける理論値(1173keV)
P  0.1667 , Q  0.3848

測定出来る最大の非対称度
A  PQ  6.41 102
A:非対称度
Q:Polarimeter Sensitivity
a:修正項

Qは入射γ線のエネルギーに
依存し、装置のジオメトリーで
決まる
大きさがあるdetectorではQが小
さくなるので、測定出来る非対称
度は理論値よりも小さくなる

1333keVの値
P  0.1667 , Q  0.3465

P>0ならE型 P<0ならM型
A  PQ  5.78  10 2
―角相関測定―


2つのNaIシンチレーションカウン
ターの間に線源を置き、一方の
Detectorを固定、もう一方を15度
ずつ回転させながら測定
同時計測されたγ線の個数をプ
ロットしていく

測定装置
Source
回転
固定
角相関 4→2→0(―)
W    1  0.102 P2 cos   0.00907 P4 cos 

3→2→0(―)
W    1  0.204 P2 cos   0.0816 P4 cos 
3→1→0(―)
W    1  0.207 P2 cos 
2→1→0(―)
W    1  0.05P2 cos 
 
―結果―


測定値
理論値と測定値の関係
W    const 1  A2 P2 cos   A4 P4 cos 




-2
A2=(8.74±0.485)×10
-2
A4=(1.61±0.659)×10
χ2/f=0.874 (60%の位置)
測定値は
遷移 4→2→0
以外適合しない
60
→ Coのγ線の多重極度
はλ=2
 
― 測定値
― 測定値の関数
― 適合する理論値
―偏光測定― 実験装置
Scatterer
中心の”Scatterer”にγ線を
入射し、コンプトン散乱させ
る
垂直方向と水平方向に置い
た”Absorber”で吸収し、数
の違いを測定

Absorber

γ

入射γ線はコリメート

90度方向に”Scatterer”と同
時計測する”Coincidence”
を置く

周囲を鉛で囲み
Backgroundを減らす
測定回路

TriggerはScattererとCoincidenceで同時測定されたイベント
―実験方法―
Calibration
1.

各測定の前後で行う
90度方向での偏光測定
2.

同時計測で偏光を生じさせる
180度方向、または同時計測なしの無偏光状態での測定
3.

DetectorのEfficiencyとジオメトリーの違いの修正
γ線をコリメートしない場合も測定する


コリメートしない場合との有効性の比較
―解析の流れ―
Coincidenceでのカット
1.

1173keVのγ線を選択
(1333keVも行う)
→
ScattererとAbsorberでの
Kinematicカット
2.


γ線のエネルギースペクトルを
コンプトン散乱の式からcos(θ)
の形に変換し、Detectorのジ
オメトリーに対応した入射角度
の範囲を選ぶ
45°<θ<135°の範囲
cos 
ScattererとAbsorberのスペク
トルをevent-by-eventで足し
合わせ、1173keV(1333keV)
となるeventの数を計測
3.

垂直方向と水平方向のピーク面
積から非対称度を求める
+
Scatterer
(Ge検出器)
(NaI)
無偏光γ線で各Absorberの固
有差やジオメトリーによる差の
修正
4.


↓
Absorber
垂直、水平方向での偏光に起因
しない数の違いを修正
偏光がない状態でのDetector
の違いの修正は重要
[keV]
Sum Peak
―結果―

測定された非対称度 A 
aE N   N∥
aE N   N∥
コリメート
A  3.68  2.17  102 ,1.69 91%
, aE  

a1173  0.844  0.010
N∥np 
N  np 
N⊥―
N∥―
コリメートなし
A  4.67  1.03  102 ,4.52 99.9%

a1173  0.934  0.014
1333keV(コリメートなし)
A  4.10  1.07  102 ,3.82 99.9%

a1333  0.959  0.015

非対称度の符号からγ線は
1173keV、1333keVともE型
[keV]
―まとめ―

角相関と偏光測定から


+
+
+
遷移 4 →2 →0
電気型E2遷移
であることが確かめられた


今回構成した偏光測定装置では数%のオーダーまでの非対
称度が測定出来る
コリメーターを使用しない方が良い結果となった


コリメート:10日
線源2M[bq]
コリメートなし:1.5日 線源0.1M[bq]
(2,500,000event)
→コリメータや線源強度の最適化のため、さらなる検討が必要
―今後の課題―

シミュレーションを行い、測定結果の妥当
性を検証

偏光の測定条件の最適化
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