Study of converging neutron guides for the cold neutron double-chopper spectrometer at J-PARC

J-PARC冷中性子ダブルチョッパー分光器のための中性子導管の検討

梶本 亮一  ; 中村 充孝   ; 長壁 豊隆  ; 佐藤 卓*; 中島 健次  ; 新井 正敏

Kajimoto, Ryoichi; Nakamura, Mitsutaka; Osakabe, Toyotaka; Sato, Taku*; Nakajima, Kenji; Arai, Masatoshi

J-PARCに建設が予定されている冷中性子ダブルチョッパー分光器(CNDCS)のための中性子ガイド管の性能の検討を行った。この分光器は80meVのエネルギー範囲での中性子非弾性散乱法による物性研究に用いられる。弱い非弾性散乱シグナルを検出するためには試料位置での中性子強度をできるだけ上げ、かつ検出器位置でのバックグラウンドを抑える必要がある。その点、中性子ガイド管は多くの中性子を試料まで輸送することができる一方、曲管にすることで不要な中性子が検出器に到達するのを抑えることもできる重要なデバイスである。ガイド管の性能は、その形状,配置に依存するが、ガイド管形状が直線状,曲線状,テーパー状,放物線状,楕円状などのときの中性子強度のエネルギー依存性や空間分布,角度分布をモンテカルロシミュレーションによって求め、CNDCS分光器にとって最適な形状について比較検討した。

Performance of a neutron guide has been studied for the Cold Neutron Double-Chopper Spectrometer (CNDCS) proposed for the spallation neutron source at J-PARC. This spectrometer is dedicated to inelastic neutron scattering studies in vast research fields in an energy range of 80 meV. In order to detect weak inelastic signals, increasing neutron flux on sample with suppressing background at detector is very important. Installing a neutron guide is a well-known solution to these problems, because it can deliver much more neutrons to sample, and it can also cut off unwanted fast neutrons when installed in a curved layout. The performance of a neutron guide is much affected by its geometry. We have studied efficiency of the beam transport by a supermirror-coated guide designed for the CNDCS with conventional geometries such as straight, curved and tapered, as well as with advanced geometries such as ballistic, parabolic and elliptical. Energy dependence of gain in intensity, and beam distributions in space and angle obtained by Monte Carlo simulation will be discussed.