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The Ibaraki prefecture materials design diffractometer for J-PARC; Designing neutron guide

J-PARC用の茨城県材料構造解析装置;中性子ガイド管の設計

Harjo, S.  ; 神山 崇*; 鳥居 周輝; 石垣 徹; 米村 雅雄*

Harjo, S.; Kamiyama, Takashi*; Torii, Shuki; Ishigaki, Toru; Yonemura, Masao*

J-PARCの茨城県材料構造解析装置は、$$0.18<d($$$AA$)<5$$(L1=26.5m)において高分解能$$Delta d$$/$textit{d}$=0.16%(ほぼ一定)を実現するとともに、広い2$$theta$$範囲をカバーするため広い$textit{Q}$範囲($$0.007<Q($$$AA$^{-1}$$$$)<50$$)の測定、すなわちPDF解析及び小角中性子散乱も可能にする。したがって、ビーム強度を犠牲にせず上記の特徴を高めるために中性子ガイド管の選択・設計は非常に重要である。本研究では、McStasシミュレーションを用いて、中性子を2次元的集光できる放物線的な形状を持つガイド管、すなわち楕円形ガイド管のようなバリスティックガイド管と、直ガイド管との特性を比較した。出口の焦点が試料位置よりも長くした楕円形ガイド管は、試料位置でのフラックスを若干上げることはできるが、装置の分解能を悪くした。また、この楕円形ガイド管は比較的短い波長においてガーランドピークを作り、粉末回折測定において大きな誤差を与えてしまう。一方、直ガイド管は、試料位置では全波長において一様な空間分布及び小さい発散角を持つ入射ビームを実現することができる。これらのことを考えると、直ガイド管は良い分解能及び比較的高いフラックスを保つためには最良な選択である。

Ibaraki Prefecture Materials Design Diffractometer of J-PARC is a time-of-flight neutron powder diffractometer with the resolution as good as $$Delta d$$/$textit{d}$ = 0.16 % (almost constant value) for $$0.18<d($$$AA$)<5$$ (L1 of 26.5 m). Since this diffractometer has many detectors covering wide 2$$theta$$ range, measurements with wide $textit{Q}$ range, $$0.007<Q($$$AA$^{-1}$$$$)< 50$$, i.e., PDF analysis and small angle scattering can also be performed. Designing of neutron guide is therefore very important to enhance the performances mentioned above without sacrificing beam intensity. Non-parallel guides including elliptical ones have been compared with a linear-straight guide using the McStas simulation. The elliptical guide having the exit focal points away behind the sample position is available to increase the neutron flux at the sample but give a slight lowering of the instrumental resolution. This elliptical guide gives also Garland peaks at short wavelengths that may give large ambiguities in powder diffraction measurements. Therefore, the linear-straight guide is considered as the best choice for this instrument to keep a good resolution and also a relatively high flux.

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パーセンタイル:23.8

分野:Physics, Condensed Matter

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