Profile functions to reproduce Bragg reflection shapes observed by a time-of-flight single-crystal diffractometer installed at pulsed neutron sources in J-PARC

J-PARCパルス中性子源に設置された飛行時間型単結晶回折計によって観測されるブラッグ反射を再現するためのプロファイル関数の探索

友寄 克亮; 日下 勝弘*; 山田 太郎*; 玉田 太郎

Tomoyori, Katsuaki; Kusaka, Katsuhiro*; Yamada, Taro*; Tamada, Taro

蛋白質の生体高分子結晶の中性子回折実験では、生体高分子に含まれる水素からの非干渉性散乱によるバックグラウンドが高いため反射強度が低下する。特に弱い反射の積分強度精度向上させるためには、プロファイルフィッティング法が有効である。第一段階として茨城生命物質構造解析装置iBIXが設置されているビームラインの結合型減速材特性に合致したTOFプロファイル解析関数を模索することにした。この減速材から出る中性子はパルス幅が広がり減衰部は長いテイルを引くため、このような非対称性部を忠実に再現する解析関数が必要である。荷電粒子が薄い物質を通過する際の電離損失分布Landau, Vavilov分布が、減速材液体水素との衝突による中性子の運動エネルギー損失分布に類似していると考え、結合型減速材TOFプロファイルを表現するのに良い関数であると考えた。実験データに適用した結果良い一致を示すことがわかった。今後建設予定のJ-PARC生体高分子専用高分解能中性子結晶回折計についても、iBIXとは異なる非結合型減速材が設置されているが、減速機構は同様であるため積分強度精度改善が期待される。

We performed a time-of-flight (TOF) single crystal neutron diffraction experiment with a diffractometer (the IBARAKI Biological Crystal Diffractometer (iBIX)) installed at a coupled moderator (CM) pulsed neutron source in J-PARC using single crystal silicon, and we determined several candidates for fundamental fitting functions to faithfully reproduce the TOF Bragg reflection profile asymmetries with the longer tail shape. The Vavilov and Landau distributions used to describe the energy loss of charged particles traversing a thin absorber were found to be in excellent agreement with the observed TOF profile. We are planning to design a new TOF single crystal diffractometer installed at a decoupled moderator (DM) pulsed neutron source in J-PARC. The peak profile provides narrow neutron pulses with short tail. In any event, however, it is expected that the Vavilov and Landau functions are very effective and appropriate for use in the TOF distribution of Bragg reflections because there is no fundamental difference in the neutron moderation process between the two kinds of moderator. It is possible to make use of this functions for the integration of Bragg reflection in the case of profile-fitting refinement for protein sample; this functions might be also be applicable to peak separation of the overlapped Bragg reflection in the TOF direction in foreseeable future.