Instrumental design and expected performance of coupled-moderator near-backscattering spectrometer at J-PARC

J-PARCにおける背面反射型中性子非弾性分光器の装置デザインと性能評価

高橋 伸明; 柴田 薫  ; 佐藤 卓*; 田村 格良  ; 梶本 亮一  ; Harjo, S.   ; 及川 健一   ; 新井 正敏; Mezei, F.*

Takahashi, Nobuaki; Shibata, Kaoru; Sato, Taku*; Tamura, Itaru; Kajimoto, Ryoichi; Harjo, S.; Oikawa, Kenichi; Arai, Masatoshi; Mezei, F.*

J-PARC MLFに設置が計画されている逆転配置型分光器(DIANA)は非結合型減速材を線源とし、飛行距離32mを持つ装置として検討がすすめられてきた。最近われわれは、これまでの経験を元にした性能向上を目的に、JSNSの4種類の減速材を線源としたDIANA型の逆転配置型分光器を強度,分解能,S/N,特性エネルギーなどあらゆる観点から再構築し、計算機上で設計・シミュレーションを行った。その結果、非結合型減速材を線源とする飛行距離21.5m又は39mの選択肢、又は、結合型減速材を線源とする飛行距離45mの選択肢が新たに浮上した。特に結合型減速材を線源とする選択肢は、グラファイトやゲルマニウムをアナライザーとする通常測定において18-24%程度の分解能の低下は見込まれるものの6-8倍の強度増大が非減速材型に対し見込まれることがわかった。さらに、パルス整形とシリコンアナライザーを用いる高分解能測定においては同程度の分解能,24倍の強度増大,3倍の走査エネルギー範囲拡大が見込まれることが明らかとなった。

A near-backscattering crystal-analyzer neutron inelastic spectrometer, DIANA has been proposed to construct at Materials and Life Science Facility (MLF) of Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). It has firstly been designed to see a decoupled non-poisoned moderator in order to obtain higher intensity and better energy resolution. In deed, the decoupled moderator has a narrower pulse width than a coupled moderator, and so it will give us a better energy resolution. However, the peak neutron flux of the decoupled moderator has only a half of the coupled moderator. In order to decide the best choice of this type of near-backscattering instruments, we have reconsidered instrumental parameters including the type of moderators. We have performed Monte-Carlo neutron ray-tracing simulations, using McStas and have compared these results in various viewpoints such as intensities, resolutions, shape of resolution functions, scan ranges and so on.