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Status of neutron spectrometers at J-PARC

梶本 亮一; 横尾 哲也*; 中村 充孝; 川北 至信; 松浦 直人*; 遠藤 仁*; 瀬戸 秀紀*; 伊藤 晋一*; 中島 健次; 河村 聖子

Physica B; Condensed Matter, 562, p.148 - 154, 2019/06

Seven time-of-flight quasielastic/inelastic neutron scattering instruments are installed on six beamlines in the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex (JPARC). Four of these instruments are chopper-type direct-geometry spectrometers, one is a near-backscattering indirect-geometry spectrometer, and the other two are spin-echo-type spectrometers. This paper reviews the characteristic features, recent scientific outcomes, and progress in development of MLF spectrometers.


Development of compact high field pulsed magnet system for new sample environment equipment at MLF in J-PARC

渡辺 真朗; 野尻 浩之*; 伊藤 晋一*; 河村 聖子; 木原 工*; 益田 隆嗣*; 佐原 拓郎*; 左右田 稔*; 高橋 竜太

JPS Conference Proceedings (Internet), 25, p.011024_1 - 011024_5, 2019/03

近年、中性子や放射光をプローブとした数10T以上の強磁場下で行う実験・研究への要望が増えてきている。強磁場装置を用いた中性子散乱実験は、例えば、磁場誘起超伝導体などにおける強磁場中磁気相関の研究やマルチフェロイック物質などの新しい凝縮系の研究などが挙げられる。J-PARC MLFでは、強磁場パルスマグネットシステムの開発をおこなった。一般的に数10テスラ以上の強磁場装置は大規模になるが、開発する装置はMLFの既存のビームラインに対して設置可能な小型な装置でなければならない。そこで数ミリ秒程度磁場を発生させるパルスマグネットシステムを開発した。パルス磁場にすることで、強磁場を達成しつつエネルギー・パワーを抑えることで装置の小型化が可能である。30テスラを発生可能なパルスマグネットシステムを実現するためには、高電圧・大電流パルス電源および、強磁場に耐えられるコイルと試料スティックが必要である。本発表では、開発したパルスマグネットシステムの詳細およびMLFビームライン(HRC)にて行なった中性子ビーム利用実験でのパルスマグネットシステムの状況について報告する。


Establishment of a novel detection system for measuring primary knock-on atoms

Tsai, P.-E.; 岩元 洋介; 萩原 雅之*; 佐藤 達彦; 小川 達彦; 佐藤 大樹; 安部 晋一郎; 伊藤 正俊*; 渡部 浩司*

Proceedings of 2017 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2017) (Internet), 3 Pages, 2018/11

一次はじき出し原子(PKA)のエネルギースペクトルは、モンテカロル放射線輸送コードを用いた加速器施設設計の放射線損傷評価において重要である。しかし、計算コードに組み込まれている物理モデルは、PKAスペクトル について実験値の不足から十分に検証されていない。これまで、従来の固体検出器を用いた原子核物理実験の測定体系において、劣った質量分解能や核子あたり数MeV以上と高い測定下限エネルギーのため、実験値は限られていた。そこで本研究では、粒子・重イオン輸送計算コードPHITSを用いて、PKAスペクトルを測定するための2つの時間検出器と1つのdE-Eガス検出器からなる新しい測定体系を設計した。その結果、本測定体系は、質量数20から30のPKAにおいて、核子当たり0.3MeV以上のエネルギーを持つPKA同位体を区別できる。一方で、質量数20以下のPKAにおいては、PKAの質量数を識別できる下限エネルギーは核子当たり0.1MeV以下に減少する。今後、原子力機構のタンデム施設、及び東北大学のサイクロトロン・ラジオアイソトープセンターにおいて、設計した測定体系の動作テストを行う予定である。


Proceedings of the MLF User Group Meeting on Direct Geometry Spectrometers (DIRECTION 2017); October 16-17, 2017, Ibaraki Quantum Beam Research Center (Tokai, Ibaraki, Japan)

梶本 亮一; 横尾 哲也*; 蒲沢 和也*; 中村 充孝; 河村 聖子; 伊藤 晋一*; 中島 健次

JAEA-Review 2017-031, 107 Pages, 2018/02


平成29年10月16日$$sim$$17日の2日間にわたり、いばらき量子ビーム研究センターにおいて、J-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)の4台の直接配置型(チョッパー型)中性子分光器合同のユーザーミーティング「DIRECTION 2017」が開催された。4台の装置とは4SEASONS (BL01), HRC (BL12), AMATERAS (BL14), POLANO (BL23)であり、本ミーティングはこれらの装置におけるユーザー利用の活性化に向けて、J-PARC MLF, 高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所, 総合科学研究機構の共催で開催されたものである。本ミーティングでは各装置、試料環境、ソフトウェアの最新状況に加え、各装置における最近の実験およびデータ解析の例が幅広い研究分野にわたって紹介された。本報告書はこのミーティングの講演要旨および講演で使用された発表資料を収録したものである。


Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 2; Neutron scattering instruments

中島 健次; 川北 至信; 伊藤 晋一*; 阿部 淳*; 相澤 一也; 青木 裕之; 遠藤 仁*; 藤田 全基*; 舟越 賢一*; Gong, W.*; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(3), p.9_1 - 9_59, 2017/12



Materials and Life Science Experimental Facility at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 3; Neutron devices and computational and sample environments

坂佐井 馨; 佐藤 節夫*; 瀬谷 智洋*; 中村 龍也; 藤 健太郎; 山岸 秀志*; 曽山 和彦; 山崎 大; 丸山 龍治; 奥 隆之; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(2), p.10_1 - 10_35, 2017/09



Structure of the magnetic excitations in the spin-1/2 triangular-lattice Heisenberg antiferromagnet Ba$$_{3}$$CoSb$$_{2}$$O$$_{9}$$

伊藤 沙也*; 栗田 伸之*; 田中 秀数*; 河村 聖子; 中島 健次; 伊藤 晋一*; 桑原 慶太郎*; 加倉井 和久*

Nature Communications (Internet), 8, p.235_1 - 235_6, 2017/08

 被引用回数:11 パーセンタイル:19.69(Multidisciplinary Sciences)

A spin-1/2 triangular-lattice Heisenberg antiferromagnet (TLHAF) is a prototypical frustrated quantum magnet, which exhibits remarkable quantum many-body effects that arise from the synergy between spin frustration and quantum fluctuation. The ground-state properties of a spin-1/2 TLHAF are theoretically well understood. However, magnetic excitations are less well understood and the theoretical consensus is limited. The experimental study of the magnetic excitations in spin-1/2 TLHAFs has also been limited. Here we show the whole picture of magnetic excitations in the spin-1/2 TLHAF Ba$$_{3}$$CoSb$$_{2}$$O$$_{9}$$ investigated by inelastic neutron scattering. Significantly different from the theory, the excitation spectra have a three-stage energy structure. The lowest first stage is composed of dispersion branches of single-magnon excitations. The second and third stages are dispersive continua accompanied by columnar continuum extending above 10 meV, which is six times larger than the exchange interaction J=1.67 meV. Our results indicate the necessity of a new theoretical framework.


Spin wave dispersion just above the magnetic order-order transition in the metallic antiferromagnet Mn$$_{3}$$Pt

井深 壮史*; 横尾 哲也*; 伊藤 晋一*; 蒲沢 和也*; 中村 充孝; 今井 基晴*

Journal of Physics; Conference Series, 868(1), p.012017_1 - 012017_6, 2017/07



Time-of-flight elastic and inelastic neutron scattering studies on the localized 4d electron layered perovskite La$$_5$$Mo$$_4$$O$$_{16}$$

飯田 一樹*; 梶本 亮一; 水野 雄介*; 蒲沢 和也*; 稲村 泰弘; 星川 晃範*; 吉田 幸彦*; 松川 健*; 石垣 徹*; 河村 幸彦*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 86(6), p.064803_1 - 064803_6, 2017/06

 パーセンタイル:100(Physics, Multidisciplinary)

The magnetic structure and spin wave excitations in the quasi-square-lattice layered perovskite compound La$$_5$$Mo$$_4$$O$$_{16}$$ were studied by a combination of neutron diffraction and inelastic neutron scattering techniques using polycrystalline sample. Neutron powder diffraction refinement revealed that the magnetic structure is ferrimagnetic in the $$ab$$ plane with antiferromagnetic stacking along the $$c$$-axis. The inelastic neutron scattering results display strong easy-axis magnetic anisotropy along the $$c$$-axis due to the spin-orbit interaction in Mo ions. The model Hamiltonian consisting of in-plane anisotropic exchange interactions, the interlayer exchange interaction, and easy-axis single-ion anisotropy can explain our inelastic neutron scattering data well. Strong Ising-like anisotropy and weak interlayer coupling compared with the intralayer exchange interaction can explain both the high-temperature magnetoresistance and long-time magnetization decay recently observed in La$$_5$$Mo$$_4$$O$$_{16}$$.


Impurity effects in the microscopic elastic properties of polycrystalline Mg-Zn-Y alloys with a synchronised long-period stacking ordered phase

細川 伸也*; 木村 耕治*; 山崎 倫昭*; 河村 能人*; 吉田 亨次*; 乾 雅祝*; 筒井 智嗣*; Baron, A. Q. R.*; 川北 至信; 伊藤 晋一*

Journal of Alloys and Compounds, 695, p.426 - 432, 2017/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:60.17(Chemistry, Physical)

Inelastic X-ray scattering (IXS) was performed on polycrystalline Mg$$_{97}$$Zn$$_1$$Y$$_2$$ and Mg$$_{85}$$Zn$$_6$$Y$$_9$$ alloys with synchronized long-period stacking ordered (LPSO) phase for investigating the impurity effects in the microscopic elastic properties. Inelastic neutron scattering (INS) was also carried out on the former alloy. LA modes were clearly observed in the IXS spectra of both the LPSO alloys, while TA modes can mainly be detected in the second Brillouin zone. Broader inelastic signals and larger quasielastic peaks are characteristic due to the phonon scattering by the Zn/Y impurities. Only the TA excitation energies increase by adding the impurities, which indicates a harder stiffness of the bond angles relating to the L1$$_2$$-type clusters in the LPSO alloys. New dispersion-less excitation modes are observed at about 10 meV by adding the Zn/Y impurities. By comparing with the INS data, the contributions of the impurities to these excitations are discussed using differences in the scattering cross-sections between neutrons and X-rays.


Inelastic and quasi-elastic neutron scattering spectrometers in J-PARC

瀬戸 秀紀; 伊藤 晋一; 横尾 哲也*; 遠藤 仁*; 中島 健次; 柴田 薫; 梶本 亮一; 河村 聖子; 中村 充孝; 川北 至信; et al.

Biochimica et Biophysica Acta; General Subjects, 1861(1), p.3651 - 3660, 2017/01

 被引用回数:12 パーセンタイル:10.37(Biochemistry & Molecular Biology)



Science from the initial operation of HRC

伊藤 晋一*; 横尾 哲也*; 益田 隆嗣*; 吉澤 英樹*; 左右田 稔*; 池田 陽一*; 井深 壮史*; 川名 大地*; 佐藤 卓*; 南部 雄亮*; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.034001_1 - 034001_6, 2015/09

Since the installation of the High Resolution Chopper Spectrometer, HRC, experiments using the HRC are being conducted to observe the dynamics in wide range of physics. Scientific results during the period since the initial construction are summarized.


Fractal dimension in percolating Heisenberg antiferromagnets

伊藤 晋一*; 梶本 亮一; Adams, M. A.*; Bull, M. J.*; 岩佐 和晃*; 阿曽 尚文*; 吉澤 英樹*; 竹内 徹也*

Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 310(2, Part2), p.1549 - 1551, 2007/03

三次元パーコレーション・ハイゼンベルク反強磁性体RbMn$$_c$$Mg$$_{1-c}$$F$$_3$$における静的・動的性質を調べた。磁性イオン濃度がパーコレーション濃度$$c_P=0.312$$に近い試料を用いて、超格子点近傍をネール温度$$T_N$$より低い温度にて測定した。中性子回折実験により、弾性散乱成分の波数依存性は$$q^{-x}$$でよく表されることがわかった。さらに非弾性中性子散乱によって磁気フラクトンを測定したところ、観測されたフラクトンは$$q^z$$の分散関係を持つことがわかった。実験から求められた指数は$$x=2.43 pm 0.05$$及び$$z=2.5 pm 0.1$$であり、両者ともフラクタル次元$$D_f=2.48$$とよく一致する。


Cold-neutron disk-chopper spectrometer at J-PARC

中島 健次; 中村 充孝; 梶本 亮一; 長壁 豊隆; 加倉井 和久; 松田 雅昌; 目時 直人; 脇本 秀一; 佐藤 卓*; 伊藤 晋一*; et al.

Journal of Neutron Research, 15(1), p.13 - 21, 2007/03

われわれは、J-PARCの物質・生命科学実験施設に設置する中性子分光器の1つとして、冷性子ダブルチョッパー型分光器を検討している。この分光器は、冷中性子から熱中性子領域にかけての非弾性散乱測定を高効率かつ高い自由度で実現することが期待される装置である。2つの高速ディスクチョッパーを装備し、減速材から得られる中性子パルスの波形を任意に整形することで、これまで直接配置型分光器にはあまり向かないとされてきた結合型減速材の高いピーク強度を装置の性能を損ねることなく利用する。本装置では、$$E_{i}$$=1$$sim$$20meVの比較的低エネルギー領域で高分解能($$Delta E/E_{i}geq1$$%@20meV),大強度(試料位置で10$$^6$$n/cm$$^2$$/sec.@$$E_{i}$$=20meV, $$Delta E/E_{i}=3$$%)の最高性能を実現し、さらに最大で$$E_{i}$$=80meV程度までの測定に対応する。この広いエネルギー範囲で、3.5srの立体角をカバーする検出器により広い$$Q$$領域にわたって、最高$$Delta Q/k_{i}geq0.5$$%程度のQ分解能で非弾性散乱を測定し、物性物理から材料化学,生体物質の広範囲の研究課題を視野に入れている。


High-energy resolution inelastic neutron scattering experiment on magnetic fracton dispersion in near-percolating three-dimensional Heisenberg antiferromagnet, RbMn$$_{0,4}$$Mg$$_{0.6}$$F$$_{3}$$

伊藤 晋一*; 梶本 亮一; Adams, M. A.*

Journal of the Physical Society of Japan, 74(1), p.279 - 282, 2005/01

 被引用回数:3 パーセンタイル:70.88(Physics, Multidisciplinary)

パーコレーション濃度近傍の三次元ハイゼンベルク反強磁性体RbMn$$_{0.4}$$Mg$$_{0.6}$$F$$_{3}$$の低温($$T=1.5$$K)における磁気フラクトンを高エネルギー分解能($$Delta E=17.5mu$$eV)非弾性中性子散乱実験により研究した。フラクトンの分散は$$hbaromega=q^z$$($$q$$は波数)の分散関係に従うことがわかった。指数$$z$$は2.5と求まり、理論の予測通り三次元系のフラクタル次元 ($$D_f=2.48$$)と良い一致を示している。


Proposal for a chopper spectrometer with very high energy resolution

大山 研司*; 伊藤 晋一*; 大友 季哉*; 長壁 豊隆; 鈴木 淳市; 松田 雅昌; 桑原 慶太郎*; 新井 正敏*

Applied Physics A, 74(Suppl.1), p.S1598 - S1600, 2002/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:86.4(Materials Science, Multidisciplinary)



The 15th Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS-15); Advanced neutron sources towards the next century, November 6-9, 2000, Epocal Tsukuba, International Congress Center, Tsukuba, Japan

鈴木 淳市; 伊藤 晋一*

JAERI-Conf 2001-002, 1414 Pages, 2001/03




核融合次期装置設計(昭和61年度設計報告書); プラントシステム設計

斉藤 龍生*; 柏原 晋一郎*; 伊藤 新一*; 中山 尚英*; 安達 潤一*; 鈴木 達志*; 今村 豊*; 中沢 一郎*; 本多 力*; 中原 克彦*; et al.

JAERI-M 87-091, 374 Pages, 1987/08





横山 博巨*; 金沢 俊夫*; 福間 忠士*; 為清 好三*; 柳田 甲二*; 降矢 喬*; 河野 弘志*; 伊藤 圭二*; 白倉 貴雄*; 柏原 晋一郎*; et al.

PNC-TN8410 87-086VOL2, 944 Pages, 1986/09





横山 博巨*; 金沢 俊夫*; 福間 忠士*; 為清 好三*; 柳田 甲二*; 降矢 喬*; 河野 弘志*; 伊藤 圭二*; 白倉 貴雄*; 柏原 晋一郎*; et al.

PNC-TN8410 87-086VOL1, 1037 Pages, 1986/09


動燃再処理工場に設置されている既設蒸発缶(ステンレス綱製)を新材料製蒸発缶と交換 設置することを前提として、それに必要な詳細設計を実施した。すでに実施されている新型酸回収蒸発缶基本設計(2)ならびに小型モックアップ試験設備の設計、製作、異材継手・開発の成果を参考にした。蒸発缶の詳細設計、性能計算、耐震設計、板取り設計、異材継手設計、セル内配管設計、蒸発缶撤去、設置工事設計、蒸発缶の点検、保守設計、蒸発缶試運転計画、製作技術仕様書の検討、作業工程検討等を行った。

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