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論文

Cryogenic sample environments shared at the MLF, J-PARC

河村 聖子; 高橋 竜太*; 石角 元志*; 山内 康弘*; 中村 雅俊*; 大内 啓一*; 吉良 弘*; 神原 理*; 青山 和弘*; 坂口 佳史*; et al.

Journal of Neutron Research, 21(1-2), p.17 - 22, 2019/05

MLF試料環境チーム低温・マグネットグループは、J-PARC MLFにおいて、利用者の実験のための冷凍機やマグネットの運用を行っている。これまでトップローディング型$$^4$$He冷凍機、ボトムローディング型$$^3$$He冷凍機、希釈冷凍機インサート、超伝導マグネットを導入してきた。これらの機器の使用頻度は、ビーム出力、課題数の増加に伴い、ここ2年間で急激に高くなってきている。この状況に対応するために運用経験を加味しながら、これらの機器の性能向上作業を進めている。例えば、$$^3$$He冷凍機の制御ソフトには、自動の初期冷却および再凝縮のプログラムが備わっていたが、新たに、$$^3$$He potにヒーターを焚くことなくsorbの温度制御のみで$$^3$$He potを温調するプログラムも作成した。また2017年は、超伝導マグネット用に、揺動型ラジアルコリメーター付きのOVCテールを製作した。このラジアルコリメーターの導入によりデータの質は劇的に向上し、中性子非弾性散乱実験でも超伝導マグネットが使用できるようになった。

論文

Study on use of superconducting magnet and first inelastic neutron scattering experiment under magnetic field at 4SEASONS spectrometer

梶本 亮一; 石角 元志*; 吉良 弘*; 金子 耕士; 中村 充孝; 蒲沢 和也*; 稲村 泰弘; 池内 和彦*; 飯田 一樹*; 村井 直樹; et al.

Physica B; Condensed Matter, 556, p.26 - 30, 2019/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:17.06(Physics, Condensed Matter)

Magnets are important for studying magnetism and are commonly used as sample environment devices of neutron scattering instruments. However, the use of magnets was prevented at the time-of-flight direct-geometry neutron spectrometer 4SEASONS in Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at J-PARC, because the instrument is surrounded by iron components, and it is equipped with a piece of equipment operated with magnetic bearings. In the present work, we investigate the influence of stray magnetic fields from a superconducting magnet which is shared among neutron scattering instruments in MLF. Based on the investigation, we modified 4SEASONS such that it can be used with the magnet. Finally, we successfully performed the first inelastic neutron scattering experiments with applied magnetic fields using this sample environment.

論文

Status report of the chopper spectrometer 4SEASONS

梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 蒲沢 和也*; 池内 和彦*; 飯田 一樹*; 石角 元志*; 村井 直樹; 吉良 弘*; 中谷 健; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1021(1), p.012030_1 - 012030_6, 2018/06

4SEASONS is a medium-resolution thermal neutron chopper spectrometer in the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at J-PARC. Although 4SEASONS is routinely used for many experiments by internal and external users, upgrading and maintenance work is still underway. This paper reviews the recent improvements of the instrument.

論文

Sample environment at the J-PARC MLF

河村 聖子; 奥 隆之; 渡辺 真朗; 高橋 竜太; 宗像 孝司*; 高田 慎一; 坂口 佳史*; 石角 元志*; 大内 啓一*; 服部 高典; et al.

Journal of Neutron Research, 19(1-2), p.15 - 22, 2017/11

J-PARC MLFにおける試料環境(SE)チームは、ユーザー実験のためのSE機器の運用や開発を行っている。メンバーは、低温マグネット、高温、高圧、ソフトマター、光照射、水素環境、$$^3$$He偏極フィルターといったサブチームに所属している。現在は、数台の冷凍機と、マグネット、高温炉、高圧実験用パリエジンバラプレス、偏極中性子実験のためのSEOPシステムが運用中で、ユーザー実験への提供、運転を行っているほか、パルス磁場システムの汎用化に向けた開発も行っている。またJ-PARC研究棟では、レオメーター、ガス蒸気吸着量測定装置などのソフトマター研究に必要な機器類も整備している。

論文

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

J-PARC物質・生命科学実験施設では、中性子検出器、スーパーミラーや$$^{3}$$Heスピンフィルターなどの光学機器、及びチョッパー等の中性子デバイスが開発され、据え付けられている。また、計算環境として機器制御、データ取得、データ解析、及びデータベースの4つのコンポーネントが整備されている。また、物質・生命科学実験施設では実験に使用される様々な試料環境が利用可能である。本論文では、これらの現状について報告する。

論文

Development status of the NMR system for the polarized $$^{3}$$He Neutron Spin Filter (NSF) in the MLF at J-PARC

酒井 健二; 奥 隆之; 林田 洋寿*; 吉良 弘*; 廣井 孝介; 猪野 隆*; 大山 研二*; 大河原 学*; 加倉井 和久; 篠原 武尚; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.036015_1 - 036015_6, 2015/09

$$^{3}$$Heの中性子吸収断面積が強いスピン選択性を有することを利用した偏極$$^{3}$$Heフィルターは、ビーム調整が不要なため、ビームラインに設置すれば直ぐに使える簡便な中性子スピンフィルター(NSF)として利用できる。そのようなNSF実現のためには、NSFの$$^{3}$$He偏極度${it P}$を定常的にモニタするための核磁気共鳴(NMR)システムの開発が不可欠である。我々は断熱高速通過型(AFP)とパルス型NMRの特徴が相補的であることに着目して2つのシステムを併用した汎用性の高いNMRシステムを開発した。更に、J-PARCの中性子実験装置(BL10)での中性子透過率測定から得られた${it P}$で校正しながら、温度、パルスNMRの振動磁場の大きさや印可時間などの測定条件を変えて、AFPとパルスNMRの信号間の相関を測定した。例えば、パルスNMR測定に起因する減偏極率を0.1%以下になるまでパルスNMRの検出感度を小さくしても、2つのNMR信号間の線形性は確認できた。これらの結果から、我々は開発したNMRシステムが$$^{3}$$He偏極度モニタとして十分機能することを確認した。

論文

Development of portable polarized $$^{3}$$He neutron spin filter and its application to magnetic field imaging at J-PARC

酒井 健二; 奥 隆之; 林田 洋寿; 吉良 弘*; 篠原 武尚; 及川 健一; 原田 正英; 加倉井 和久; 相澤 一也; 新井 正敏; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 528, p.012016_1 - 012016_7, 2014/07

 パーセンタイル:100

中性子偏極実験において測定領域を熱外中性子まで広げることは興味深い。その実現には、$$^{3}$$He自身の核スピンを反転することで、冷から熱外まで幅広いエネルギー領域の中性子のスピン偏極と反転が可能な偏極$$^{3}$$Heスピンフリッパー(PHSF)が重要な役割を果たす。現在、J-PARC/MLFでは「可搬型PHSF」の開発を進めている。この装置は、$$^{3}$$Heガスを封入したガラスセルを、$$^{3}$$Heスピン偏極を保持するための直径20cm,長さ30cmの小型ソレノイド内に設置する。さらに、ガラスセルをレーザー照射することで、光ポンピング法(SEOP)により$$^{3}$$Heを偏極した後に、ソレノイドごと中性子ビームラインに移動することで、可搬型PHSFとして利用する。われわれは、MLFの中性子ビームライン(BL10)で、PHSFの特性試験を行い、$$^{3}$$He核スピン反転前後の中性子透過率比の2次元分布測定から、本装置がPHSFとして十分機能することや、サンプルコイルの簡単な磁気イメージを測定できることを実証した。

論文

Development of polarized Xe gas target for neutron experiment at J-PARC

酒井 健二; 奥 隆之; 篠原 武尚; 吉良 弘; 大井 元貴; 前川 藤夫; 加倉井 和久; 猪野 隆*; 有本 靖*; 清水 裕彦*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 340, p.012037_1 - 012037_7, 2012/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:48.68

J-PARC物質生命科学実験施設(MLF)では、$$^{129}$$Xeの共鳴ピークを用いた中性子-原子核スピン相関項に起因する中性子偏極能力を検知する実験が計画されている。スピン交換光ポンピング(SEOP)法により低磁場,室温で高偏極可能なXeガスは、中性子光学定理(NOPT)検証に適した標的核になることが期待できる。われわれはNOPTに基づいて、実験の測定量を評価し、偏極Xeガス生成装置を開発し、装置特性のビーム試験を進めてきた。本論文は、実験の現状について報告する。

論文

Developments of in-situ SEOP polarized $$^{3}$$He neutron spin filter in Japan

吉良 弘; 坂口 佳史; 奥 隆之; 鈴木 淳市; 中村 充孝; 新井 正敏; 遠藤 康夫; Chang, L.-J.; 加倉井 和久; 有本 靖*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 294, p.012014_1 - 012014_5, 2011/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:4.31

The pulsed neutron source of J-PARC has started to operate in 2008 in Japan. To study structure of magnetic material and soft matters, polarized neutron scattering techniques are very important and powerful tools. It is urgently necessary for us to develop neutron spin polarizers for pulsed neutron scattering experiments. So we began the development of the in-situ SEOP system aiming to use it as a NSF for incident beam polarization and polarization analysis. In previous test performed by Ino et al., the $$^{3}$$He polarization reached 50% and not saturated yet. After that experiment, we began improving the SEOP system by installing the high power laser diode, the prism beam splitter and optimizing the beam-transform optics. By using this improved system, we performed the polarization test at BL10 in J-PRC and achieved the $$^{3}$$He polarization of 73%. We keep improving this in-situ SEOP system aiming to use it s an incident neutron polarizer at J-PARC.

論文

Applications of $$^{3}$$He neutron spin filters on the small-angle neutron scattering spectrometer SANS-J-II

坂口 佳史; 吉良 弘; 奥 隆之; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 酒井 健二; 中村 充孝; 相澤 一也; 新井 正敏; 能田 洋平; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 294(1), p.012017_1 - 012017_7, 2011/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:25.19

A polarized $$^{3}$$He neutron spin filter has been applied to polarization analysis on the small-angle neutron scattering spectrometer SANS-J-II at JRR-3. Measurements were taken on silver behenate, which has several coherent peaks in the small-angle region with a background of spin incoherent hydrogen scattering. Here we demonstrate that the coherent and spin incoherent scattering were successfully separated by the polarization analysis using the $$^{3}$$He spin filter on the instrument.

論文

Structure of glasses for $$^{3}$$He neutron spin filter cells

坂口 佳史; 吉良 弘; 奥 隆之; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 酒井 健二; 中村 充孝; 鈴谷 賢太郎; 相澤 一也; 新井 正敏; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 294(1), p.012004_1 - 012004_7, 2011/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:42.06

In spin-exchange optical pumping, there is unknown excess relaxation, called the X-factor, that limits attainable $$^{3}$$He polarization. It is known that the X-factor depends on the glass containers. Hence, it is expected that there are cell-to-cell variations in microscopic structure among the cells and that these variations affect the attainable $$^{3}$$He polarization. However, microscopic structure of the glasses for $$^{3}$$He neutron spin filters has not been clarified yet. In this paper, we have performed precise X-ray diffraction measurements for the glasses at SPring-8 using synchrotron radiation. The structural differences are observed between several types of glasses, and also, between the GE180 glass pieces with different thermal treatment. Based on the results, the structural influence on the performance of $$^{3}$$He neutron spin filters is discussed.

論文

Development and test of SEOP neutron spin filter in Japan

吉良 弘; 坂口 佳史; 奥 隆之; 鈴木 淳市; 中村 充孝; 新井 正敏; 加倉井 和久; 遠藤 康夫; 有本 靖*; 猪野 隆*; et al.

Physica B; Condensed Matter, 406(12), p.2433 - 2435, 2011/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:55.78(Physics, Condensed Matter)

Polarized neutron scattering techniques are very important and powerful tools to study the fundamental structures of magnetic materials and soft matters. $$^{3}$$He has a very large absorption cross section for only neutrons in opposite spin state to that of the $$^{3}$$He nucleus. The scattering cross section of $$^{3}$$He is small. These two features allow nuclear spin polarized $$^{3}$$He gas to work as a NSF. Compared with other spin filters such as Heusler alloys and magnetic supermirrors, the $$^{3}$$He gas NSF have following advantages: it can polarize various energy of neutron such as cold, thermal and hot neutrons, it can work for broadband neutrons and it can be used for wide area and large divergence neutron beams. These characteristics of polarized $$^{3}$$He are convenient in use with J-PARC as NSF. We began the development of the on beam SEOP system aiming to use it s a NSF for incident beam polarisation and polarisation analysis. In this paper, we report the current development of SEOP system in Japan.

論文

Research on glass cells for $$^{3}$$He neutron spin filters

坂口 佳史; 吉良 弘; 奥 隆之; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 酒井 健二; 中村 充孝; 鈴谷 賢太郎; 相澤 一也; 新井 正敏; et al.

Physica B; Condensed Matter, 406(12), p.2443 - 2447, 2011/06

Polarized $$^{3}$$He neutron spin filters have attracted much attention because of their available wide energy range for polarizing neutrons and their large solid-angle. To use $$^{3}$$He neutron spin filters for the experiments, it is necessary to produce glass cells with good quality. For this purpose, we made research on the glass cells from several aspects. Firstly, we investigated on the microscopic structure for several glasses by means of X-ray diffraction measurement and tried to find a good measure of evaluating the quality of the cells in terms of their structure. Secondly, we investigated on the glass window, which the laser beam passes through for optical pumping. Thirdly, the cells should be optimized for the polarized neutron scattering experiments and the background from the cells needs to be evaluated. The scattered intensity from the cell in small-angle neutron scattering will also be presented.

論文

Research on glass cells for $$^{3}$$He neutron spin filters

坂口 佳史; 吉良 弘; 奥 隆之; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 酒井 健二; 中村 充孝; 鈴谷 賢太郎; 相澤 一也; 新井 正敏; et al.

Physica B; Condensed Matter, 406(12), p.2443 - 2447, 2011/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:92.65(Physics, Condensed Matter)

Glass cells play an important role in polarized $$^{3}$$He neutron spin filters. To evaluate the scattering and absorption contribution from glass cells during neutron scattering experiments, we measured small-angle scattering and neutron transmission in GE180 and other glasses. To pursue the possibility of being a structural influence on $$^{3}$$He spin relaxation in GE180 glass cells, we performed precise X-ray diffraction measurement using synchrotron radiation at SPring-8. From these measurements, a structural difference was observed among GE180 glasses with different thermal treatments.

論文

Characterization of glasses for $$^{3}$$He neutron spin filter cells

坂口 佳史; 吉良 弘; 奥 隆之; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 酒井 健二; 中村 充孝; 鈴谷 賢太郎; 新井 正敏; 武田 全康; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 634(1, Suppl.), p.S122 - S125, 2011/04

Polarized $$^{3}$$He neutron spin filters are promising neutron polarizers in polarized neutron scattering experiments at facilities with two-dimensional detectors and pulsed neutron source. Although they are now operational at several institutions, it is still desired to be developed. Among required factors for the development, the study on the glasses in the filters is one of the important issues. In this paper, we report our recent investigation on the glass cells such as X-ray diffraction measurements and the measurements of the degree of circular polarization of the transmitted laser light through the glass window in the filter.

口頭

Smaller-angle neutron scattering instrument of J-PARC with polarizing and magnetic focusing options

鈴木 淳市; 篠原 武尚; 高田 慎一; 奥 隆之; 吉良 弘; 鈴谷 賢太郎; 相澤 一也; 新井 正敏; 大友 季哉*; 杉山 正明*

no journal, , 

中性子小角散乱法は物質科学,生命科学における微細構造,階層構造研究に不可欠な手法である。しかし、近年のナノテクノロジーの進展,多成分系,多相系などの複雑系や非平衡系の研究の進展により、中性子小角散乱法にはこれまで以上に高い空間分解能及び時間分解能での高効率測定が求められるようになっている。J-PARCの1MW核破砕中性子源に設置されるTOF型中性子小中角散乱装置は、これらの要求を満足するように開発されるが、それは大面積検出器を設置するとともに偏極,磁気集光素子を搭載し、広いq(散乱ベクトルサイズ)領域を高いq分解能で観測することで達成される。なお偏極,磁気集光素子の導入は、JRR-3の集光型中性子小角散乱装置への搭載の成功とその後の技術進展に基づいて選択された。本ワークショップでは、この偏極・集光機能を有するJ-PARC中性子小中角散乱装置の重要性と性能について紹介する。

口頭

中性子磁気スーパーミラーを用いた高偏極素子の開発

篠原 武尚; 高田 慎一; 鈴木 淳市; 奥 隆之; 吉良 弘; 鈴谷 賢太郎; 相澤 一也; 新井 正敏; 大友 季哉*; 杉山 正明*

no journal, , 

J-PARCの物質・生命科学実験施設に建設するパルス中性子小中角散乱装置では、中性子磁気レンズを使用した集光型偏極中性子小角散乱実験の実施が検討されている。この時、入射中性子の偏極度が測定のバックグランドノイズのレベルを決めるため、99.9%程度の非常に高い偏極度を広い波長帯域について実現することが要求される。そこで本研究では、中性子磁気スーパーミラーを用いた高性能偏極素子の設計を行った。偏極子のデザインは透過型であり、素子の全長を抑えながら大面積ビームをカバーするために素子の内部をマルチチャンネル化する。さらに、内部に配置するミラーをV字型に並べることで、高い偏極度と透過率を実現する。そして、磁気ミラー型偏極子単体での偏極度では本装置の要求には不十分であることから、より高い偏極度を実現するために2つの偏極子を直交して配置する方法を採用する。本発表では、偏極素子設計の現状及びモンテカルロコードMcStasを用いた数値シミュレーションによる性能評価結果及び、JRR-3において開始した磁気ミラー型偏極子の直交配置による偏極性能の高性能化に関する実験の結果について報告する。

口頭

偏極中性子回折法による窒化鉄Fe$${}_{16}$$N$${}_{2}$$微粒子の研究

玉井 雄大; 石井 佑弥*; 萩谷 裕之; 菊地 隆之*; 横山 淳*; 西原 美一*; 武田 全康; 加倉井 和久; 奥 隆之; 篠原 武尚; et al.

no journal, , 

磁気テープは大量のデータを保存できる信頼性の高い記録媒体として広く使用され、さらなる記録の高密度化が求められている。しかし、そのためには現在使われている針状微粒子では限界が見えてきており、球状微粒子でも高い保磁力を発現する材料として、Fe$$_{16}$$N$$_{2}$$構造を有する窒化鉄微粒子磁性体が開発された。本研究では偏極中性子回折実験を行い、ラミネートされたFe$$_{16}$$N$$_{2}$$微粒子の磁気モーメントの絶対値と平均粒径を評価した。

口頭

ナノ構造解析装置(HI-SANS)の検出器配置の検討及び、RMC法を用いた広域空間構造解析法の開発について

高田 慎一; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 奥 隆之; 吉良 弘; 鈴谷 賢太郎; 相澤 一也; 新井 正敏; 大友 季哉*; 杉山 正明*

no journal, , 

J-PARC物質・生命科学実験施設に設置するナノ構造解析装置(HI-SANS)は、q=0.001から約50[$AA$^-$$$$^1$$]までの幅広いq範囲の測定を可能にし、物質の形態から原子構造レベルまでの情報を一挙に取得するように構築される。このような広い空間領域の測定を実現するためには、空間的な制限及びパルス中性子の特徴を生かした最適な検出器配置が重要である。そのため、われわれは異なる検出器配置におけるq,$$omega$$空間のlocusを計算し、自由ガスモデルのS(q,$$omega$$)に適用することにより得られる散乱プロファイルを比較することで検出器の配置を検討した。ただし、このような幅広いq範囲の測定が可能になれば、広域空間の構造の整合性に配慮した新しい解析法が必要となる。そこで、われわれは水溶液中の蛋白質を例に、その形態から内部構造,原子構造レベルに及ぶ階層的な構造を整合性よく解析する方法として、リバースモンテカルロ(RMC)法を用いた広域空間構造解析法の開発を進めている。

口頭

磁気テープ用球状Fe-N微粒子の偏極中性子小角散乱実験,3

萩谷 裕之; 奥 隆之; 吉良 弘; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 武田 全康; 玉井 雄大; 加倉井 和久; 佐々木 勇治*; 岸本 幹雄*; et al.

no journal, , 

Fe$$_{16}$$N$$_{2}$$を主成分とする球状Fe-N微粒子は、優れた磁気記録特性を有することから、高密度磁気記録テープの新素材として研究開発が進められている。Fe$$_{16}$$N$$_{2}$$は不安定な相であるため、微粒子の表面は酸化及び焼結防止のための非磁性ラミネート層で覆われている。この表面非磁性層の厚さの最適化は、磁気テープの記録特性を最大化するうえで、重要な課題の一つである。これまでに、われわれは平均粒径20nm以下のFe-N微粒子の表面非磁性層厚さを定量的に評価することを目的として、0.1$$<$$q[nm$$^{-1}$$]$$<$$1の範囲で偏極中性子小角散乱実験を行った。得られたデータをコアシェル構造モデルを用いて解析した結果、q$$>$$1[nm$$^{-1}$$]の領域に、微粒子の表面構造を反映した特徴的な散乱プロファイルが現れることが示唆された。そこで、今回、この特徴的な散乱プロファイルを明らかにするために、表面処理方法の異なる2種類のFe-N微粒子について0.2$$<$$q[nm$$^{-1}$$]$$<$$2の範囲で、偏極中性子小角散乱実験を行った。学会では、今回得られたデータの解析結果について報告するとともに、微粒子表面構造について議論する。

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