Current status of IBARAKI biological diffractometer in J-PARC; Design of the neutron optics

茨城県生命物質構造解析装置の現状; 中性子光学系について

大原 高志   ; 栗原 和男; 日下 勝弘; 細谷 孝明; 田中 伊知朗*; 新村 信雄*; 尾関 智二*; 相澤 一也  ; 森井 幸生; 新井 正敏; 林 真琴*; 江幡 一弘*; 高野 佳樹*

Ohara, Takashi; Kurihara, Kazuo; Kusaka, Katsuhiro; Hosoya, Takaaki; Tanaka, Ichiro*; Niimura, Nobuo*; Ozeki, Tomoji*; Aizawa, Kazuya; Morii, Yukio; Arai, Masatoshi; Hayashi, Makoto*; Ebata, Kazuhiro*; Takano, Yoshiki*

茨城県生命物質構造解析装置は、J-PARCの物質生命科学実験施設に設置される単結晶回折計で、生体高分子及び有機低分子の構造解析を目的とする。本装置は中性子線源からの距離が40mあり、中性子を効率的に輸送する光学系が必要不可欠である。今回、図1に示す形状のスーパーミラーガイド管を設計した。水平方向には曲率半径4300mのカーブドガイドを用いることで高エネルギーの線及び中性子線を除去し、先端部のテーパードガイドで集光している。一方、垂直方向は多段階のテーパードガイドを組合せることでミラー表面での中性子の反射回数を減らし、中性子束の減少を抑えた。モンテカルロシミュレーションによって試料位置での中性子の強度及びプロファイルを評価したところ、ストレートガイドを用いた場合と比較して0.7Aで2倍、1.0Aでも1.5倍のゲインが得られた。また、ビームのプロファイルについても、測定に用いるほぼすべての波長領域(0.73.8A)で矩形に近いものが得られた。

Ibaraki Prefectural Government in Japan has started to construct a TOF single crystal neutron diffractometer for biological macromolecules for industrial use at J-PARC. For this diffractometer, design of an efficient neutron transportation system is important because this diffractometer has 40m source-sample distance. Recently, we designed a supermirror neutron guide which can transport 0.7-3.8 Angstrom neutron efficiently. The total length of the mirror section is 25m. At the first 17m, the mirror has curvature (R=4300m) for horizontal direction in order to remove high-energy neutron and ray. Simultaneously, all of the mirror section has tapered angle for vertical direction in order to reduce the frequency of neutron reflection at the surface of the supermirror. The neutron flux and profile at the sample position was calculated by Monte Carlo simulation softwares, McStas and IDEAS and compared with a curved, non-tapered guide we had designed previously. In result, the new supermirror system has 2 times gain for 0.7 Angstrom neutron and 1.5 times for 1.5 Angstrom neutron, and the beam profile at the sample position has a rectangular shape.