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論文

Development and application of a $$^3$$He neutron spin filter at J-PARC

奥平 琢也; 奥 隆之; 猪野 隆*; 林田 洋寿*; 吉良 弘*; 酒井 健二; 廣井 孝介; 高橋 慎吾*; 相澤 一也; 遠藤 仁*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 977, p.164301_1 - 164301_8, 2020/10

We are developing a neutron polarizer with polarized $$^3$$He gas, referred to as a $$^3$$He spin filter, based on the Spin Exchange Optical Pumping (SEOP) for polarized neutron scattering experiments at Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). A $$^3$$He gas-filling station was constructed at J-PARC, and several $$^3$$He cells with long spin relaxation times have been fabricated using the gas-filling station. A laboratory has been prepared in the MLF beam hall for polarizing $$^3$$He cells, and compact pumping systems with laser powers of 30 W and 110 W, which can be installed onto a neutron beamline, have been developed. A $$^3$$He polarization of 85% was achieved at a neutron beamline by using the pumping system with the 110 W laser. Recently, the first user experiment utilizing the $$^3$$He spin filter was conducted, and there have been several more since then. The development and utilization of $$^3$$He spin filters at MLF of J-PARC are reported.

論文

Kinetic inductance neutron detector operated at near critical temperature

Vu, TheDang; 西村 和真*; 宍戸 寛明*; 原田 正英; 及川 健一; 宮嶋 茂之*; 日高 睦夫*; 奥 隆之; 曽山 和彦; 相澤 一也; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1590, p.012036_1 - 012036_9, 2020/07

Our CB-KID neutron imager detects high spatial resolution neutrons transmission images by using a delay-line technique. We found that the number of events was remarkably increased with increasing the detector temperature until close to the critical temperature Tc. We investigated the properties of CB-KID at near Tc. We observed systematic changes of neutron signals as a function of the detector temperature from 4 K to Tc. The simulations modeled the sequential physical processes for $$^{10}$$B(n,$$alpha$$)$$^{7}$$Li reactions and energy deposition by particles within CB-KID, including neutrons, $$^{4}$$He particles, $$^{7}$$Li particles, photon and electron transport.

論文

Measurement of the angular distribution of $$gamma$$-rays after neutron capture by $$^{139}$$La for a T-violation search

奥平 琢也; 清水 裕彦*; 北口 雅暁*; 広田 克也*; Haddock, C. C.*; 伊藤 維久也*; 山本 知樹*; 遠藤 駿典*; 石崎 貢平*; 佐藤 匠*; et al.

EPJ Web of Conferences, 219, p.09001_1 - 09001_6, 2019/12

原子核が熱外中性子を共鳴吸収する反応において、弱い相互作用起因のパリティ対称性の破れが核子間相互作用の最大10$$^{6}$$倍増幅される現象が観測されている。この反応では時間反転対称性の破れにも同様の増幅効果があることが理論的に予言されており、全く新しい手法で未知の時間反転対称性の破れを世界最高感度で探索できる可能性がある。しかし、その増幅率は全ての核種で未知であり、この手法がもつ可能性を具体的に議論できていなかった。本研究ではJ-PARC, MLF, BL04のGe検出器群を用いて、$$^{139}$$La(n,$$gamma$$)反応の角度分布測定を行い、世界で初めて$$^{139}$$Laで時間反転対称性の破れの増幅率を求めることに成功した。この結果を用いて、実験に必要な測定時間を見積もると、偏極率40%のLa核偏極技術、偏極率70%, 79atm・cmの$$^3$$He Spin Filterを用意すれば、1.4日の測定で世界最高感度で時間反転対称性の破れ探索実験が可能であることが判明した。現在原子力機構では高性能な$$^3$$He Spin Filterの開発を行なっており、本発表では$$gamma$$線の角度分布測定の結果、及び共用ビームラインに適用するための$$^3$$He Spin Filterの開発の現状について発表する。

論文

Development of the neutron polarizer for the T-violation search using compound nuclei

奥平 琢也; 奥 隆之; 酒井 健二; 猪野 隆*; 林田 洋寿*; 廣井 孝介; 篠原 武尚; 加倉井 和久*; 相澤 一也; 清水 裕彦*; et al.

Proceedings of Science (Internet), 356, 5 Pages, 2019/12

共通技術開発セクションでは、J-PARC物質・生命科学実験施設の大強度中性子を活用するために、偏極中性子デバイスの一つである$$^{3}$$Heスピンフィルターの開発を行なっている。$$^{3}$$Heスピンフィルターの性能評価の一つの手段に、基礎物理分野での応用・評価があり、基礎物理実験も活用している。現在の物質優勢宇宙を説明するためには時間反転対称性の破れが不可欠であり、世界中で時間反転対称性の破れの探索実験が行われている。その一つに偏極中性子と原子核を使用して対称性の破れを測定する方法があり、J-PARCの大強度中性子を用いた時間反転対称性の破れ探索が計画されている。本計画では1eV程度のエネルギーの高い中性子を偏極するための従来にない巨大な$$^{3}$$Heスピンフィルターを開発する必要があり、原子力機構にて開発が行われている$$^{3}$$Heスピンフィルターの性能評価の良い検証となる。現在、偏極率の精度の良い評価システムや$$^{3}$$Heスピンフィルター製作のための真空システムの構築を行い、熱外中性子偏極のための大型スピンフィルターの開発を継続している。本発表では$$^{3}$$Heスピンフィルターの開発の現状について発表する。

論文

Temperature dependent characteristics of neutron signals from a current-biased Nb nanowire detector with $$^{10}$$B converter

Vu, TheDang; 飯澤 侑貴*; 西村 和真*; 宍戸 寛明*; 小嶋 健児*; 及川 健一; 原田 正英; 宮嶋 茂之*; 日高 睦夫*; 奥 隆之; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1293, p.012051_1 - 012051_9, 2019/10

We succeeded in designed and fabricated a neutron detector by using a superconducting current-biased kinetic inductance detector (CB-KID), which is constructed by two perpendicular Nb-based superconducting meander-lines and an enriched $$^{10}$$B neutron conversion layer. We rebuilt completely a neutron image of a $$^{10}$$B dot array contain in the stainless-steel mesh. To improve the resolution of neutron images, the characteristics of a superconducting neutron detector have been studied carefully. In this study, we present the dependence of neutron signals in the temperature of detector. We found that when the temperature of a neutron detector is as close as the critical temperature of superconductivity, the intensity of signal increase as a function of temperature. We consider that the ratio of noise and signal is decrease which is very useful to improve the resolution of neutron images.

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

Highlight of recent sample environment at J-PARC MLF

河村 聖子; 服部 高典; Harjo, S.; 池田 一貴*; 宮田 登*; 宮崎 司*; 青木 裕之; 渡辺 真朗; 坂口 佳史*; 奥 隆之

Neutron News, 30(1), p.11 - 13, 2019/05

日本の中性子散乱施設の特徴のひとつとして、循環型冷凍機のように頻繁に使われる試料環境(SE)機器は各装置の担当者が整備していることが挙げられる。装置担当者は、ユーザー実験の際、装置自体だけでなく、これらのSE機器の運用も行う。このような運用には、SE機器を装置にあわせて最適化できユーザーの要求を直接きくことができるというメリットがある。一方で、MLFのSEチームは、より高度なSE機器を使った実験を可能にするため、共通のSE機器を整備している。本レポートでは、最近のMLFにおけるSE機器の現状が紹介される。中性子装置BL11, BL19, BL21, BL17で用いられるSE機器と、SEチームによって最近整備された機器に焦点をあてる。

論文

偏極中性子

平賀 晴弘*; 山口 泰男*; 丸山 龍治; 奥 隆之; 猪野 隆*

波紋, 28(3), p.144 - 149, 2018/08

サイエンスの様々な分野において偏極中性子散乱の果たす役割は益々増大しており、J-PARC MLFでの偏極中性子ビーム利用の高度化のため原子力機構等では偏極スーパーミラーや$$^3$$Heスピンフィルターの高性能化に関する研究開発を進めている。本稿では、当該分野に馴染みのないMLFユーザーや当該分野の初心者を対象とし、中性子ビーム偏極手法の基本的な原理や研究開発の現状について総説する。

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

Neutron flux spectrum revealed by Nb-based current-biased kinetic inductance detector with a $$^{10}$$B conversion layer

宮嶋 茂之*; 宍戸 寛明*; 鳴神 吉人*; 吉岡 直人*; 藤巻 朗*; 日高 睦夫*; 及川 健一; 原田 正英; 奥 隆之; 新井 正敏*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 842, p.71 - 75, 2017/01

 被引用回数:9 パーセンタイル:14.65(Instruments & Instrumentation)

We successfully derived the time-dependent flux of pulsed neutrons using a superconducting Nb-based current biased kinetic inductance detector (CB-KID) with a $$^{10}$$B conversion layer at Japan Proton Accelerator Research Complex. Our CB-KID is a meander line made of a 40-nm-thick Nb thin film with 1-$$mu$$m line width, which is covered with a 150-nm-thick $$^{10}$$B conversion layer. The detector works at a temperature below 4 K. The evaluated detection efficiency of the CB-KID in this experiment is 0.23% at the neutron energy of 25.4 meV. The time-dependent flux spectra of pulsed neutrons thus obtained are in good agreement with the results obtained by the Monte Carlo simulations.

報告書

Proceedings of the 21st Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS-XXI); Sep. 29 - Oct.3, 2014, Ibaraki Prefectural Center, Mito, Japan

奥 隆之; 中村 充孝; 酒井 健二; 勅使河原 誠; 達本 衡輝*; 米村 雅雄*; 鈴木 淳市*; 新井 正敏*

JAEA-Conf 2015-002, 660 Pages, 2016/02

JAEA-Conf-2015-002.pdf:168.34MB

第21回「先端的中性子源に関する国際協力」会議(ICANS-XXI)が2014年9月29日から10月3日に、茨城県立県民文化センター(水戸市)において開催された。この会議は日本原子力研究開発機構, 高エネルギー加速器研究機構, 総合科学研究機構により共催されたものである。会議では、大強度パルス中性子源を用いた新時代のサイエンスや応用研究の展開について、ワークショップ形式のセッションを主体として、ハードウェアからソフトウェア、そして放射線安全に至るまで、"インターフェイス"をキーワードに、さまざまな課題に関する活発な討論がなされた。本報文集はそれら72件の論文をまとめたものである。

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

 被引用回数:1 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:2 パーセンタイル:33.87

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

Quantitative magnetic field imaging by polarized pulsed neutrons at J-PARC

篠原 武尚; 酒井 健二; 大井 元貴; 甲斐 哲也; 原田 正英; 及川 健一; 前川 藤夫; 鈴木 淳市; 奥 隆之; 高田 慎一; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 651(1), p.121 - 125, 2011/09

 被引用回数:24 パーセンタイル:9.57(Instruments & Instrumentation)

中性子を用いたイメージング法は、中性子の特徴である高い物質透過性能や軽元素に対する感度の高さを利用し、他の放射線では困難な大型試料や水素系の材料の内部の情報を得ることができる優れた研究手法である。特に、中性子は磁気モーメントを持つため、磁場環境下での中性子磁気モーメントのラーモア歳差運動を偏極度変化として位置ごとに検出することにより、空間や物質中の磁場を可視化することができる。本研究では、パルス中性子の飛行時間分析法を用いて偏極度変化の中性子波長依存性を高精度に測定することにより、磁場強度の定量的な議論が可能となることを原理実証を行うため、物質生命科学実験施設のBL10ビームラインにおいて実験を行った。小型のソレノイド透過後の偏極度変化の波長依存性を解析した結果、ソレノイド内部に発生する磁場の可視化に成功し、その強度を見積もることができた。この結果から、偏極パルス中性子を用いた磁場イメージング法により磁場強度の定量化が可能であることが示された。

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:9 パーセンタイル:5.07

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:29.75

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:46.92

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:58.87(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.

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