Polarization analysis for small-angle neutron scattering with a He spin filter at a pulsed neutron source

パルス中性子源における中性子小角散乱実験のためのHeスピンフィルタを用いた偏極解析の研究

奥平 琢也; 上田 祐生   ; 廣井 孝介  ; 元川 竜平   ; 稲村 泰弘  ; 高田 慎一  ; 奥 隆之   ; 鈴木 淳市*; 高橋 慎吾*; 遠藤 仁*; 岩瀬 裕希*

Okudaira, Takuya; Ueda, Yuki; Hiroi, Kosuke; Motokawa, Ryuhei; Inamura, Yasuhiro; Takata, Shinichi; Oku, Takayuki; Suzuki, Junichi*; Takahashi, Shingo*; Endo, Hitoshi*; Iwase, Hiroki*

Heスピンフィルタを中性子スピン解析子として使用することにより、パルス中性子源での中性子小角散乱実験において、偏極解析を行うことに成功した。本実験に使用したHeスピンフィルタは中性子小角散乱実験を行うために十分な立体角をカバーすることができ、He偏極緩和時間も数日と長く、これは実験を完遂するために十分な性能である。水素原子による非干渉性散乱は非常に大きく、試料の組成から計算によって非干渉性散乱量を見積もる試みが行われていたが、正確に非干渉性散乱量を決定することは難しかった。しかし本研究では試料内での中性子の多重散乱を考慮した偏極解析実験を行うことで、干渉性散乱と非干渉性散乱を正確に分離することが可能となった。現在までパルス中性子源での中性子小角散乱では、偏極解析の手法が確立されていなかったが、本成果によって、様々な種類の試料に対して干渉性散乱と非干渉性散乱を正確に分離することができるようになると予想される。

Neutron polarization analysis (NPA) for small-angle neutron scattering (SANS) experiments using a pulsed neutron source was successfully achieved by applying a He spin filter as a spin analyzer for the scattered neutrons. The He spin filter covers a sufficient solid angle for performing SANS experiments, and the relaxation time of the He polarization is sufficient for continuous use over a few days, thus reaching the typical duration required for a complete set of SANS experiments. Although accurate evaluation of the incoherent neutron scattering, which is predominantly attributable to hydrogen atoms in samples, is practically difficult using calculations based on the sample elemental composition, the developed NPA approach with consideration of the influence of multiple neutron scattering enabled reliable decomposition of the SANS intensity distribution into the coherent and incoherent scattering components. To date, NPA has not been well established as a standard technique for SANS experiments at pulsed neutron sources. This work is anticipated to greatly contribute to the accurate determination of the coherent neutron scattering component for scatterers in various types of organic sample systems in SANS experiments at J-PARC.