이화학연구소, 도호쿠대학, 릿쿄대학 등의 공동연구그룹은 불안정 원자핵을 보는 새로운 전자 산란 실험 장치(신형 전자 현미경)를 완성하고 동위원소 분리기에서 꺼낸 미량의 크세논(Xe) -132(양자수 54, 중성자수 78) 원자핵의 전자 산란 실험을 실시하여 양자 분포의 결정에 성공하였다.
작은 원자(1조분의 1mm 사이즈)를 보려면, 고에너지 전자빔을 원자핵에 충돌시켜, 흩날리는 전자를 조사하는 「고에너지 전자 산란」이라고 하는 방법을 이용한다.종래는 원소의 박막을 만들어 전자빔을 조사하고 있었지만, 원자핵의 수가 최저 10의 20승개 필요했다.전자 산란 실험은 안정핵에서는 쉽지만 인공적으로 만들어내는 불안정핵에서는 대량 생성할 수 없기 때문에 전혀 불가능했다.
거기서 이번, 세계에 앞서 SCRIT법이라고 하는 신수법을 개발.표적 이온을 얇은 전자빔의 길에 트랩하여 집중시켜 자동으로 전자 산란 현상을 일으키는 방법이다.이 구조를 「전자 축적 링」이라고 하는 가속기 안에 만들어 넣는 것으로, 불과 1억개의 표적 핵수로 전자 산란 실험을 가능하게 한다.
이 SCRIT 장치를 장비한 불안정 핵전자 산란 실험 시설은 리켄의 인과 가속기 연구 센터에 약 6년에 걸쳐 완성시켰다.이 시설을 이용하여 동위원소 분리기 ERIS에서 꺼낸 약 1억개의 Xe 원자핵을 SCRIT 장치에 흘려 넣고, 원자핵에서 산란하는 전자를 관측하고, 산란의 각도 분포로부터 원자핵의 양자 분포의 결정에 성공했다. Xe는 안정핵이지만, 불안정 동위체의 실험과 완전히 같은 사양으로 실험했기 때문에, ERIS에 의한 본격적인 불안정 핵 생성의 개시에 의해 불안정 핵양자 분포 측정이 가능해진다.
향후 불안정한 원자핵의 양자 분포 측정이 진행되어 이 시설이 원자핵 구조를 포괄적으로 이해하는 새로운 원자핵 모델을 구축하는 거점이 될 것으로 기대된다.
논문 정보:【Physical Review Letters】First elastic electron scattering from 132Xe at the SCRIT facility