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論文

Design of neutron beamline for fundamental physics at J-PARC BL05

三島 賢二*; 猪野 隆*; 酒井 健二; 篠原 武尚; 広田 克也*; 池田 一昭*; 佐藤 広海*; 大竹 淑恵*; 大森 整*; 武藤 豪*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 600, p.342 - 345, 2009/02

 被引用回数:17 パーセンタイル:18.39(Instruments & Instrumentation)

J-PARC、物質$$cdot$$生命科学実験施設(MLF)のBL05ポートに基礎物理実験のための新しいビームラインを建設している。このビームラインは中性子光学の高度な技術を駆使して設計されており、NOP(Neutron Optics and Physics)と名づけられている。中性子モデレータから供給される中性子ビームは、マルチチャンネルのスーパーミラーで曲げられ、低発散, 高強度, 高偏極という3本の特徴あるビームブランチに分岐された後、実験エリアに引き出され、中性子干渉, 散乱, 崩壊という基礎物理実験に各々利用される。本研究では、モンテカルロシミュレーションコードである"PHITS"を使って中性子光学素子構成及び遮蔽設計の最適化を実施し、低発散ブランチで$$9.2 times 10^5/$$cm$$^2/mu$$str$$/$$s$$/$$MW、高強度ブランチで$$1.2 times 10^9/$$cm$$^2/$$s$$/$$MW、高偏極ブランチではビーム偏極率99.8%を保った状態で$$4.0 times 10^8/$$cm$$^2/$$s$$/$$MWのビーム強度を得ることができるという評価結果を得た。

論文

Highly polarized cold neutron beam obtained by using a quadrupole magnet

奥 隆之; 山田 悟; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 三島 賢二*; 広田 克也*; 佐藤 広海*; 清水 裕彦

Physica B; Condensed Matter, 397(1-2), p.188 - 191, 2007/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:73.45(Physics, Condensed Matter)

四極磁石を用いた中性子偏極装置の開発研究を行っている。中性子が四極磁石内に入射すると、磁石が形成する磁場勾配により、正極性成分と負極性成分が空間的に分離する。そこで、そのうちの一成分を抽出することにより、偏極中性子ビームを得るものである。この方法では、中性子が物質により散乱されたり、吸収されたりすることがないため、非常に高い偏極度の中性子ビームを高効率で得ることが可能である。これまでに、四極永久磁石を用いて冷中性子ビームの偏極実験を行った結果、偏極度P0.999を達成することに成功した。会議では、実験結果の詳細について発表するほか、この偏極装置の中性子散乱実験への応用方法について議論する予定である。

口頭

磁場勾配を用いた中性子スピン偏極デバイスの開発

奥 隆之; 山田 悟; 鈴木 淳市; 三島 賢二*; 篠原 武尚*; 池田 一昭*; 広田 克也*; 佐藤 広海*; 清水 裕彦*

no journal, , 

極めて高い偏極度を持つ中性子ビームの安定かつ効率良い発生は、偏極中性子実験で求められる物理量の飛躍的な決定精度向上や、新概念に基づく中性子分光法の開発等をもたらすと期待される。そこで、われわれは磁場強度勾配を利用して、高い偏極効率を有する中性子スピン偏極デバイスの開発に取り組んできた。中性子の磁気モーメントと磁場との相互作用は非常に弱いため、磁場勾配を用いて中性子を制御するためには、大きな磁場勾配を中性子ビーム軸に沿って形成する必要がある。そこで、われわれは広い空間に効率よく大きな磁場勾配を発生できるHalbach型四極磁石(HQM)を開発した。中性子がこのHQMの中心軸に沿って入射すると、スピン正極性成分は磁石の中心軸に向かって、負極性成分は磁石の中心軸から遠ざかる方向に一定の加速度を受ける。そこで、両極性成分が空間的に分離したところで、中心軸付近の中性子のみを抽出し、偏極中性子を得ることができる。われわれは、このHQMの中性子偏極性能をJRR-3 C3-1-2-1(NOP)ビームラインにおいて、冷中性子ビームを用いて評価した。HQMの直上流に2mm$$phi$$のスリットを設置し、コリメートした波長9.5$AA $の中性子ビームをHQMに入射させた。そして、HQMを通過した中性子の偏極度を評価した。その結果、極めて高い偏極度P=0.9993$$pm$$0.0059を得ることに成功した。学会では、この四極磁石に基づく中性子スピン偏極デバイスの性能と評価実験の結果について詳細に報告する。

口頭

JRR-3での中性子ベータ崩壊実験(NBD)について; ベータ崩壊イベントの測定

山田 悟; 三島 賢二*; 佐藤 広海*; 広田 克也*; 篠原 武尚*; 森嶋 隆裕*; 大野 雅史*; 奥 隆之; 鈴木 淳市; 清水 裕彦*

no journal, , 

本研究は中性子のベータ崩壊で発生する陽子のエネルギースペクトルを精密に測定することにより素粒子標準理論の3世代クォーク間の混合を記述する小林-益川行列の行列要素$$V_{ud}$$を導出し、小林-益川行列のユニタリティ($$|V_{ud}|^{2}+|V_{us}|^{2}+|V_{ub}|^{2}=1$$)の検証を行うことを目標としている。今回はその前段階の実験としての常温の検出器を用いた中性子のベータ崩壊イベント測定について発表を行う。この実験では、ベータ崩壊陽子検出器としてチャネル電子増倍管を、ベータ崩壊電子検出器としてプラスチックシンチレータを用いて、2つの検出器のイベントの時間差を測定することでベータ崩壊イベントの抽出を行った。これはベータ崩壊電子に比べて陽子の速度が遅いため、崩壊場所から検出器までの両者の飛行時間に測定可能な差が生じることを利用している。この手法によりJRR-3の熱中性子ビームラインからの中性子ベータ崩壊イベントの検出に成功した。

口頭

4重極磁石を用いた高偏極中性子ビームの生成と基礎物理への応用

山田 悟; 奥 隆之; 三島 賢二*; 佐藤 広海*; 広田 克也*; 森嶋 隆裕*; 大野 雅史*; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 清水 裕彦*

no journal, , 

原子炉や核破砕中性子源から発生する低エネルギー中性子($$sim$$meV)を偏極させたビームは、基礎物理においては中性子ベータ崩壊におけるスピンと相関を持つ項の係数測定などに広く用いられている。現在主として使われている中性子ビームの偏極法には中性子磁気ミラーを用いたものや、$$^3$$Heフィルターを用いるものがある。これらは中性子ビームを物質に通して、物質と中性子との相互作用を利用して偏極させる方法であるため、偏極子による中性子の吸収や散乱によるビーム強度の減少という問題点がある。今回発表する偏極法は、4極磁場を用いた手法であり、ビームのスピン成分を運動学的に分離することにより原理的には100%近い高偏極度を達成することが可能である。われわれは永久磁石を用いたHalbach型4極磁石を開発し、日本原子力研究開発機構3号炉の冷中性子ビームライン(C3-1-2 NOP)において実際に4極磁石を用いた中性子ビームの偏極度測定を行い99%台後半の偏極度を得た。

口頭

四極磁石に基づく中性子高偏極デバイスの開発

奥 隆之; 山田 悟*; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 三島 賢二*; 広田 克也*; 佐藤 広海*; 清水 裕彦

no journal, , 

四極磁石を用いた中性子偏極装置の開発研究を行っている。中性子が四極磁石内に入射すると、磁石が形成する磁場勾配により、正極性成分と負極性成分が空間的に分離する。そこで、そのうちの一成分を抽出することにより、偏極中性子ビームを得るものである。この方法では、中性子が物質により散乱されたり、吸収されたりすることがないため、非常に高い偏極度の中性子ビームを高効率で得ることが可能である。これまでに、四極永久磁石を用いて冷中性子ビームの偏極実験を行った結果、P$$sim$$0.999の偏極度を達成することに成功した。会議では、実験結果の詳細について発表するほか、この偏極装置の中性子散乱実験への応用方法について議論する予定である。

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