Development of nanosized graphene material for neutron intensity enhancement below cold neutron energy

冷中性子以下の中性子高強度化のためのナノサイズグラフェン材の開発

勅使河原 誠   ; 池田 裕二郎*; 村松 一生*; 須谷 康一*; 福住 正文*; 能田 洋平*; 小泉 智*; 猿田 晃一   ; 大竹 淑恵*

Teshigawara, Makoto; Ikeda, Yujiro*; Muramatsu, Kazuo*; Sutani, Koichi*; Fukuzumi, Masafumi*; Noda, Yohei*; Koizumi, Satoshi*; Saruta, Koichi; Otake, Yoshie*

冷中性子のような低速中性子は、基礎物理学だけでなく、生命科学における構造ゲノミクスの進歩や水素社会への移行に必要な電池技術の進歩にとっても重要な非破壊プローブである。中性子を利用した科学は、中性子高強度依存科学とも呼ばれる。このエネルギー領域の中性子強度を増加させるため、ナノサイズ粒子群に着目した新しいユニークな方法が提案されている。この方法は、ナノサイズ粒子群による多重干渉性散乱による強度増強に基づく。ナノサイズ粒子群は、冷中性子以下の波長と一致することから、いわゆるブラッグ散乱と呼ばれる干渉性散乱と同様の効果を引き起こし、数桁もの中性子強度増強につながる。ナノダイヤモンドと水素化マグネシウムがこれまで数値的及び実験的に研究されているが、実用化において、ナノダイヤモンドの主な課題は賦形である。この問題の解決策を見出すために、我々は、もう一つの炭素構造体であるグラフェンに着目した。本論文では、冷中性子下の反射体材料としてのナノサイズグラフェンの可能性について、実験結果とともに報告する。

Slow neutrons, such as cold neutrons, are important non-destructive probes not only for basic physics but also for the structural genomics advancements in the life sciences and the battery technology advancements needed for the transition to a hydrogen society. Neutron-based science is also known as high-neutron-intensity-dependent science. A new unique method focusing on nanosized particle aggregation has been proposed to increase neutron intensity in that energy region. The method is based on intensity enhancement by multiple coherent scatterings with nanosized particle aggregation. The aggregation of nanosized particles matches the wavelength of below cold neutrons, causing a similar effect to coherent scattering, so-called Bragg scattering, leading to neutron intensity enhancement by several orders of magnitude. Nanodiamonds and magnesium hydride have recently been studied numerically and experimentally. The major challenge with nanodiamonds in practical applications is the molding method. Another carbon structure, graphene is focused on to find a solution to this problem. It is hypothesized that nanosized graphene could aid coherent neutron scattering under particle size conditions similar to nanodiamonds. We report the potential of nanosized graphene as a reflector material below cold neutrons, together with experimental results.