ベータ線核磁気共鳴で探る 原子核の構造と、結晶内部

ベータ線核磁気共鳴で探る原子核の構造と、結晶内部

He

Li

Be

BC

F

O

Ne

8 10 11 12 13 14 15 17 19

9 10 11 12 1478 9 116 7

6 8

9 1011 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2212 1314 15 16 17 18 19 20 21 2223

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 241718 1920 2122 23 24 25 2627

17 1819 20 21 2223 24 25 26 27 28 29 30 3231

20 21 2223 24 25 26 27 28 2930 3231 33 3435

N

Na20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 3231 33 34 35 36 37 38

2223 24 25 2627 2829 30 3231 33 34 35 3637 3839 402223 24 25 26 27 28 29 30 3231 33 34 35 3637 3839 40 41

26 27 28 29 30 3231 3334 3536 37 38 3940 414227 28 29 30 3231 33 34 35 3637 3839 40 41 42 43

3231 3334 3536 37 38 3940 4142 43443231 33 34 35 3637 3839 40 41 42 43 44 45

35 36 37 38 39 40 41 424344 454635 36 37 38 39 40 41 42 4344 45 46 47

40 41 424339 40 41 4243

44 4546 4744 4546 4748

4849

AlSi

PS

Mg

ClAr

KCa

ScTi

Z

N

(r)

-NMR

　松多健策　（核物質学研究グループ）

5000種におよぶ不安定核　　核モーメント（ベータ線核磁気共鳴）　　核プローブ　結晶内部場

http://vdg.phys.sci.osaka-u.ac.jp

豊中キャンパスマップ

X 10万

HO

OH

原子核の大きさ

１オングストローム＝１／１億センチメートル

１フェムトメートル＝１／１０兆センチメートルp

陽子

n中性子

16O

結合エネルギー

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ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅBQuickTime˛ Ç∆

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Fe

目のはたらき

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光学顕微鏡の限界〜１ミクロン　　　　光の波長

光学顕微鏡の世界

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電子顕微鏡の世界

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トンネル顕微鏡

高速粒子線束

++

高エネルギーのビームを作る加速器が必要

ラザフォード散乱

長岡半太郎

土星型

ラザフォード

太陽系型

エックス線

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放射線の発見

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ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ

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キュリー

ベクレル

原子核の人工改変

16O17F

2H

17O

ベータ線

ニュートリノ65秒

ÉAÉãÉtÉ@ê¸

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ÇPÇPâ≠

cm

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放射線の透過力

超新星爆発からのニュートリノ

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ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB

ニュートリノ

カミオカンデ

１５万光年

超新星爆発

SN1987A

大マゼラン星雲

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ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB

カミオカンデ QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ

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ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB

神岡鉱山の地下１０００ m

小柴昌俊

ニュートリノをつかまえる

５万トンの水タンク

âFíàê¸

é©ëRï˙éÀê ï®éøÇ©ÇÁÇÃï˙éÀê¸

40K

U

Th40K

μ

222Rn

e

40K

自然の放射能

原子核の世界

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ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB

小型バンデ

小型バンデグラフ

１０万ボルト

Å{

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Å{ÉCÉIÉì

ÇTïSñúÉ{ÉãÉg

Å[

バンデグラフ加速器の仕組み５百万ボルト

メンテナンス

バンデグラフ本体

理化学研究所 RIKEN ring cyclotron

放射線医学総合研究所重粒子線によるガン治療

シンクロトロン

核物理研究センター リングサイクロトロン

原子核の形å¥éqäjÇÃå`Ç∆ìdé•ãCÉÇÅ[ÉÅÉìÉg

16O

17O

15O

ãÖå`

ÉpÉìÉPÅ[ÉLå^

ótä™å^

N

S

N

S

μ

Q

Q

μN =

eh2Mpc +e

L =h

陽子

Ag

陽子の磁気モーメントは 2.8 倍も大きい

シュテルン

パウリ

ラビシュテルンゲルラッハの実験

N

S

核磁気共鳴回る原子核 踊る原子核

++

+

+N

スピンしながら磁場中で力を受ける

ベータ線

マイクロ秒

核磁気共鳴（ NMR ）

２万４千年

ブロッホパーセル

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MRI

åyäjóÃàÊÇÃé•ãCÉÇÅ[ÉÅÉìÉg

à¿íËäj

1990îNÇ≤ÇÎÇ‹Ç≈

ç≈ãflÇPÇOîNä‘

HIMACÇ≈ÇÃë™íË

He

Li

Be

B

C

F

O

Ne

8 10 1112 13 14 15 17 19

9 10 11 12 147

8 9 116 76 8

9 10 11 12 13 1415 1617 18 19 20 2212 1314 1516 17 18 19 20 21 2223

13 1415 1617 1819 20 21 22 23 24

1718 1920 2122 23 24 25 262717 18 19 2021 2223 24 25 26 27 28 29 30 3231

2021 2223 24 25 26 27 28 2930 3231 33 3435

N

Na20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 3231 33 34 35 36 37 38

2223 24 25 2627 2829 30 3231 33 34 35 3637 38 39 402223 24 25 2627 2829 30 3231 33 3435 3637 3839 40 41

26 2728 2930 3231 3334 3536 3738 3940 414227 2829 30 3231 33 34 35 3637 3839 40 41 42 43

3231 3334 3536 3738 3940 4142 43443231 33 34 35 3637 38 39 40 41 42 43 44 45

35 3637 3839 4041 42 43 44 454635 36 37 38 39 40 41 42 4344 45 46 47

40 41 42 4339 40 41 4243

44 4546 4744 4546 4748

4849

AlSi

PS

Mg

ClAr

KCa

ScTi

Z

N

軽核領域の磁気モーメント

3000283028262822-1.0

0.0

1.0

2.0

Frequency (kHz)

9C in Pt (T = 30K)H0 = 4.000 kOe

8C

n

S

/2

L=1

Sigma

4030201000-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0Experiment

Shell model

A16

9C - 9Li

13O - 13B

s1/ 2 p3/ 2

p1/ 2

d5/ 2 s1/ 2

d3/ 2

f7/ 2

8C

n

S

/2

L=1

9C: スピンは1.4 倍も大きい

åyäjóÃàÊÇÃé•ãCÉÇÅ[ÉÅÉìÉg

à¿íËäj

1990îNÇ≤ÇÎÇ‹Ç≈

ç≈ãflÇPÇOîNä‘

HIMACÇ≈ÇÃë™íË

He

Li

Be

B

C

F

O

Ne

8 10 1112 13 14 15 17 19

9 10 11 12 147

8 9 116 76 8

9 10 11 12 13 1415 1617 18 19 20 2212 1314 1516 17 18 19 20 21 2223

13 1415 1617 1819 20 21 22 23 24

1718 1920 2122 23 24 25 262717 18 19 2021 2223 24 25 26 27 28 29 30 3231

2021 2223 24 25 26 27 28 2930 3231 33 3435

N

Na20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 3231 33 34 35 36 37 38

2223 24 25 2627 2829 30 3231 33 34 35 3637 38 39 402223 24 25 2627 2829 30 3231 33 3435 3637 3839 40 41

26 2728 2930 3231 3334 3536 3738 3940 414227 2829 30 3231 33 34 35 3637 3839 40 41 42 43

3231 3334 3536 3738 3940 4142 43443231 33 34 35 3637 38 39 40 41 42 43 44 45

35 3637 3839 4041 42 43 44 454635 36 37 38 39 40 41 42 4344 45 46 47

40 41 42 4339 40 41 4243

44 4546 4744 4546 4748

4849

AlSi

PS

Mg

ClAr

KCa

ScTi

Z

N

Recent situation of Mag. Mom.

Present Trial

Tz = -3/2

23Al(I= ? , T1/2 = 0.47s)Proton halo?

22Mg (0+) × d5/2

s1/2 ?

Large Radius

(r)

g = μ/I Shell Model

1.58 (5/2+)3.40 (1/2+)

Frequency (kHz)

gSM(5/2+) gSM(1/2+)gSM(3/2+)

23Al in SiH0 = 3.0 kOe

2000 4000 60000 8000

0.5

0.0

- 0.5

- 1.0

- 1.5

I = 5/2

0.54 1.58 3.40

原子核の形

å¥éqäjÇÃå`Ç∆ìdé•ãCÉÇÅ[ÉÅÉìÉg

16O

17O

15O

ãÖå`

ÉpÉìÉPÅ[ÉLå^

ótä™å^

N

S

N

S

μ

Q

Q

EFG in TiO2

Multi-rf -NMR/NQR

eqQ/h

f

ZnO or TiO2

asymm

etry

I =3/2 case

Stable Nuclei

Before 1990

After 1990He

Li

Be

BC

F

O

Ne

8 10 11 12 13 14 15 17 19

9 10 11 12 147

8 9 116 76 8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2212 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 2417 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 3231

20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 3231 33 34 35

N

Na20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 3231 33 34 35 36 37 38

22 23 24 25 26 27 28 29 30 3231 33 34 35 36 37 38 39 4022 23 24 25 26 27 28 29 30 3231 33 34 35 36 37 38 39 40 41

26 27 28 29 30 3231 33 34 35 36 37 38 39 40 41 4227 28 29 30 3231 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43

3231 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 443231 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45

35 36 37 38 39 40 41 42 4344 454635 36 37 38 39 40 41 42 4344 45 46 47

40 41 42 4339 40 41 42 43

44 4546 4744 45 46 4748

4849

AlSi

PS

Mg

ClAr

KCa

ScTi

Z

N

Poor precision

Recent situation of Q

Recent SituationQ moments of Light Nulei

300

200

100

0

-100

3230282624222018

Mass Number A

Qtheor.(OXBASH)

Qpresent.

Q_old

Q (23

Na) Q M.Kein et al

Q of Na Isotopes

21Na(3/2+,22.5s)

25Na(5/2+59.6s)

TRIUMF whole view

μSR

ISAC-3D

SiC Target

カナダ

Polarizer beam line

OSAKA IIExp. port

Neutralizer Reionizer

LASER

+

TRIUMF/ISAC PolarizerBeamline

: Coil: Positive or negative ion: Neutral atom

: Polarized ion

10

8

6

4

2

0150010005000

eqQ/h (kHz)

20Na in ZnO

16

14

12

10

8

6

4

2

0150010005000

eqQ/h (kHz)

21Na in ZnO

21Na in ZnO

20Na in ZnO

300

200

100

0

-100

3230282624222018

Mass Number A

Qtheor.(OXBASH)

Qpresent.

Q_old

Q (23

Na) Q M.Kein et al

Q of Na Isotopes

Present

Implantation

ImplantationPolarized probe nuclei

-NMR

ee

Behaviour lattice site, diffusionInternal fields Bhf, K, EFG

Materials Ferro-magnets Metals Semi-conductors Ionic crystals

バンデグラフ加速器施設

5MV バンデグラフ大阪大学理学部

33Cl の磁気モーメント精密測定

setup

QuickTime˛ Ç∆TIFFÅiLZWÅj êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ

ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇΩÇflÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB

NMR spectra 12B in various metals

Electronic structure in Metals ----- Shifts in NMR spectra------

NMR spectra 12B in various metals

28402830282028102810-1

0

1

2

3

Frequency (kHz)

O in MgO13

H = 4 kOe0T = 300 K

K of 13O in Pt

in Pt

in vacuum

dia magnetism

Knight shift

K =H/ H0 = μB2 ∫EF{(0,E) - (0,E)}dE/H0

Ee

Nd2Fe14B (NEOMAX)

12N in AlLatticed site --- Line Width ----

14

12

10

8

6

4

2

0

AP

(%)

800700600500400300

T (K)

12N12N

窒素原子の植え込み位置

14

12

10

8

6

4

2

0

AP

(%)

800700600500400300

T (K)

窒素原子の植え込み位置と偏極度

Diffusion

P vs T(TiO2)

Site of 12B in Si

ベータ線核磁気共鳴で探る原子核の構造と、結晶内部

He

Li

Be

BC

F

O

Ne

8 10 11 12 13 14 15 17 19

9 10 11 12 1478 9 116 7

6 8

9 1011 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2212 1314 15 16 17 18 19 20 21 2223

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 241718 1920 2122 23 24 25 2627

17 1819 20 21 2223 24 25 26 27 28 29 30 3231

20 21 2223 24 25 26 27 28 2930 3231 33 3435

N

Na20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 3231 33 34 35 36 37 38

2223 24 25 2627 2829 30 3231 33 34 35 3637 3839 402223 24 25 26 27 28 29 30 3231 33 34 35 3637 3839 40 41

26 27 28 29 30 3231 3334 3536 37 38 3940 414227 28 29 30 3231 33 34 35 3637 3839 40 41 42 43

3231 3334 3536 37 38 3940 4142 43443231 33 34 35 3637 3839 40 41 42 43 44 45

35 36 37 38 39 40 41 424344 454635 36 37 38 39 40 41 42 4344 45 46 47

40 41 424339 40 41 4243

44 4546 4744 4546 4748

4849

AlSi

PS

Mg

ClAr

KCa

ScTi

Z

N

(r)

-NMR

　松多健策　（核物質学研究グループ）

5000種におよぶ不安定核　　核モーメント（ベータ線核磁気共鳴）　　核プローブ　結晶内部場

http://vdg.phys.sci.osaka-u.ac.jp