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論文

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

J-PARC物質・生命科学実験施設の中性子実験装置についてのレビューである。物質・生命科学実験施設には23の中性子ビームポートがあり21台の装置が設置されている。それらは、J-PARCの高性能な中性子源と最新の技術を組み合わせた世界屈指の実験装置群である。このレビューでは、装置性能や典型的な成果等について概観する。

論文

中性子実験装置「定常炉編」,8; 中性子反射率計

武田 全康; 山崎 大; 日野 正裕*

波紋, 24(3), p.200 - 205, 2014/08

中性子反射率法は、多層構造を持った物質の表面や埋もれた界面の構造を非破壊的に調べることのできる強力な研究手法である。中性子反射率計は、定常炉中性子源にもパルス中性子源のどちらにも設置されているが、それぞれの使われ方に特徴がある。本稿では、定常炉に設置された中性子反射率計に焦点を当てて、初心者向けに解説する。

論文

Development of two-dimensional multiwire-type neutron detector system with individual line readout and optical signal transmission

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 日野 正裕*; 北口 雅暁*; 山岸 秀志*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 726, p.169 - 174, 2013/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:53.77(Instruments & Instrumentation)

J-PARCセンター物質・生命科学実験施設で使用するため有感面積128$$times$$128mm$$^{2}$$のマルチワイヤ素子を用いた中性子検出器システムを開発した。この検出器では個別読み出し法を用いることで高速応答・高位置分解能を実現する。光伝送を用いることで、長距離信号伝送、及び遮蔽体内に設置された検出器ヘッドとデータ収集機器との絶縁を実現している。検出器システムのパルス分解能は1$$mu$$s、二次元均一性は8.3%であった。

論文

中性子反射率法を用いた金属表面における添加剤吸着層の厚み及び密度測定とそのトライボロジー特性

平山 朋子*; 鳥居 誉司*; 小西 庸平*; 前田 成志*; 松岡 敬*; 井上 和子*; 日野 正裕*; 山崎 大; 武田 全康

日本機械学会論文集,C, 77(779), p.2884 - 2893, 2011/07

Thicknesses and densities of additive adsorbed layers on metal surfaces under lubrication were directly measured by neutron reflectometry. Two kinds of metal surfaces, iron and copper, on ultra-flat silicon blocks were prepared by physical vacuum deposition. After that, each target surface was analyzed by neutron reflectometer SUIREN in air, in base oil (poli-alpha-olefin) and in base oil with deuterated acids as additives. Fitting operation based on Parratt's theory showed that the thicknesses of additive adsorbed layer on the iron and copper surfaces were quite thin, only 1.5 - 2.0 nm. The friction coefficients of the metal surfaces, measured by a ball-on-disk friction tester, decreased considerably when the additive was added to the base oil. We concluded that the additive adsorbed layers on the metal surfaces considerably affected friction properties despite being only several nanometers thick.

論文

Demonstration of magnetic field imaging in a permalloy film with neutron spin phase contrast imaging

林田 洋寿; 山崎 大; 海老沢 徹*; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 田崎 誠司*; 日野 正裕*; 松林 政仁

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 634(1, Suppl.), p.S90 - S93, 2011/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:75.84(Instruments & Instrumentation)

中性子スピン干渉計では、入射中性子がスピンアップ及びスピンダウンの2つの固有状態に分波される。分波された状態で磁場中を通過すると2固有状態間に位相差が生じ、これはスピン干渉計の干渉縞の位相として観測される。2固有状態間の位相差は中性子が通過する領域の磁場積分値に比例し、これに応じて干渉縞の位相シフトが観測される。この性質及びスピン干渉計に2次元検出器を導入することで磁場の可視化が可能となる。そこでわれわれは厚さ0.1mmのパーマロイ薄膜を試料として、応力有り無しでのパーマロイ薄膜内における磁場変化の可視化を試みた。実験は日本原子力研究開発機構、3号炉内のC3-1-2-2, MINE2ポートで行われた。実験では薄膜を折り曲げることで応力を加え、折り曲げ角度45$$^{circ}$$, 180$$^{circ}$$、及び折り曲げ無しの3種類の試料を準備した。実験の結果、折り曲げた領域において、折り曲げ角度が大きくなるにつれ、飽和磁化の減衰及び漏れ磁場の増加を可視化することに成功した。

論文

中性子反射率による表面・薄膜界面の研究

桜井 健次*; 日野 正裕*; 武田 全康

Journal of the Vacuum Society of Japan, 53(12), p.747 - 752, 2010/12

中性子反射率法は表面や界面の研究に有用な手法である。X線反射率と同様の情報が得られることに加えて、軽元素や磁性に対する感受性がX線に比べて高いという魅力的な特徴を持っている。本稿では、国内で現在使用可能な中性子反射率計の現状を紹介する。

論文

A Beam divergence correction mirror for neutron resonance spin echo

丸山 龍治; 日野 正裕*; 林田 洋寿; 北口 雅暁*; 阿知波 紀郎*; 山崎 大; 海老沢 徹*; 曽山 和彦

Physica B; Condensed Matter, 404(17), p.2594 - 2599, 2009/09

 被引用回数:3 パーセンタイル:79.52(Physics, Condensed Matter)

中性子のビーム発散によるフライトパス長のばらつきを円筒面スーパーミラーにより補正することにより、中性子共鳴スピンエコー法の高エネルギー分解能化が実現される。この目的のために製作した円筒面スーパーミラーを用いてスピンエコー実験を行った結果、発散角によるフライトパス長のばらつきが補正されることを実証したので、その実験結果について報告する。

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

Development of neutron supermirrors with large critical angle

丸山 龍治; 山崎 大; 海老澤 徹*; 日野 正裕*; 曽山 和彦

Thin Solid Films, 515(14), p.5704 - 5706, 2007/05

 被引用回数:34 パーセンタイル:18.04(Materials Science, Multidisciplinary)

中性子スーパーミラーの開発は、中性子散乱実験において利用可能な中性子強度を著しく向上させることができるので重要である。これまでに、高反射率化及び高臨界角化のための数多くの研究がなされてきた。われわれは、密度が高く結晶粒の小さい成膜を可能にするイオンビームスパッタ法を用いてスーパーミラー開発を行ってきた。イオンビームスパッタ法は上記のような利点を持つものの、成膜レート及び成膜可能面積が小さいという弱点を持つ。新しい核破砕型中性子源(J-PARC)において用いられるスーパーミラーを用いた光学デバイスの製造のため、直径500mmの成膜可能面積を持つ新しいイオンビームスパッタ装置が導入された。成膜可能面積全体に対する成膜レートはほぼ一様であることが確認されており、現在はこの装置を用いた高臨界角Ni/Tiスーパーミラーの開発が行われている。成膜されたスーパーミラーの反射率は、3$$Q_c$$で82%, $$4Q_c$$で66%, $$6.7Q_c$$で23%であった。

論文

Supermirror coatings for the new spallation source J-PARC

丸山 龍治; 山崎 大; 海老沢 徹*; 日野 正裕*; 曽山 和彦

Proceedings of 18th Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS-18) (CD-ROM), p.197 - 200, 2007/00

中性子スーパーミラーは、研究用原子炉や核破砕型パルス中性子源で発生する中性子を効率的に実験装置まで輸送し、さらに必要な位置で分岐及び集束させるうえで重要となる中性子光学素子である。J-PARCにおける大強度パルス中性子源等で用いられる中性子光学機器の製造のために、0.2m$$^2$$の成膜可能面積を持つ大面積イオンビームスパッタ装置が導入され、これを用いたスーパーミラー開発が行われている。その結果、高臨界角スーパーミラーについてはNiの6.7倍の臨界角を持つ(臨界角における反射率は23%)ものが、高反射率スーパーミラーについてはNiC/Ti多層膜の導入により、Niの3倍の臨界角までの全域で87%以上の高反射率のスーパーミラーの試作にそれぞれ成功した。これらの開発方法及び実験結果について報告する。

論文

Development of neutron supermirror with large-scale ion-beam sputtering instrument

丸山 龍治; 山崎 大; 海老澤 徹*; 日野 正裕*; 曽山 和彦

Physica B; Condensed Matter, 385-386(2), p.1256 - 1258, 2006/11

 被引用回数:23 パーセンタイル:26.99(Physics, Condensed Matter)

中性子スーパーミラーは、中性子ビームの輸送,収束に用いられる重要な中性子光学素子となっている。われわれはそのミラーを、密度が高く、結晶粒が小さい良質な膜が得られるイオンビームスパッタ装置を用いて開発してきた。また、多層膜の界面粗さを抑えるために、イオンポリッシュ法の研究も行ってきた。われわれは、実効臨界角の大きなスーパーミラーガイド及びベンダーの実現に向けて、新しく直径500mmの有効積層面積を持つイオンビームスパッタ装置を導入した。本発表では、その装置を用いて積層したスーパーミラーの性能及びスーパーミラーを用いた将来の中性子光学素子開発について議論する。

論文

Performance test of neutron resonance spin echo at a pulsed source

丸山 龍治*; 田崎 誠司*; 日野 正裕*; 武田 全康; 海老澤 徹*; 川端 祐司*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 530(3), p.505 - 512, 2004/09

 被引用回数:8 パーセンタイル:45.33(Instruments & Instrumentation)

中性子共鳴スピンエコー法は中性子準弾性散乱を高いエネルギー分解能で測定することのできる手法である。この中性子共鳴スピンエコー法をパルス中性子と組合せて使うと、非常に広範囲なスピンエコータイムをカバーすることができるため、原子炉で使用するよりも多くの利点がある。われわれは、すでに開発済みのパルス中性子用の共鳴フリッパーを利用して、0.3nmから0.9nmの範囲のパルス中性子に対して、スピンエコーシグナルを観測することに成功した。

論文

Development of a spin flipper for an application of a neutron magnetic device

奥 隆之*; 酒井 健二*; 安達 智宏*; 池田 一昭*; 清水 裕彦*; 丸山 龍治*; 日野 正裕*; 田崎 誠司*; 鬼柳 善明*; 加美山 隆*; et al.

Physica B; Condensed Matter, 335(1-4), p.226 - 229, 2003/07

 被引用回数:7 パーセンタイル:57.09

中性子ビームを集束・偏極するための超伝導六極磁石への応用を目的として、正接な磁場勾配を与える高周波スピンフリッパーを開発した。このスピンフリッパーは、直径50mmの大きなビーム断面積を持つ4A以上の冷中性子ビームのスピンを制御することが可能である。偏極冷中性子ビームを用いた試験により、高いフリッピング特性が確認された。

口頭

A New neutron reflectometer SUIREN at JRR-3

山崎 大; 盛合 敦; 丸山 龍治; 田村 格良; 海老澤 徹*; 曽山 和彦; 武田 全康; 日野 正裕*

no journal, , 

現在JRR-3ビームホールC2-2ポートにおいて建設中の中性子反射率計SUIRENが、この夏より稼動を始める。本発表では、この装置の仕様・性能と既に行われたテスト測定の結果及び将来の整備計画について述べる。この反射率計は波長3.8$AA $の単色中性子を使った装置であり、強度は角度発散を0.08degまで絞った段階で2.8$$times$$10$$^{4}$$n/cm$$^{2}$$/s、バックグラウンドは4.5$$times$$10$$^{-3}$$n/sである。試料は縦置き型で、高分子,磁性薄膜,中性子制御素子などの測定に有用である。テスト測定では、おもにJAEAで開発した中性子ミラーやミラー用基板の測定を行っており、10$$^{-6}$$までの反射率が測定できることがわかっている。将来は、偏極中性子の利用,位置有感型検出器の導入,中性子集光系の開発などを計画している。

口頭

大面積イオンビームスパッタ装置による高性能中性子スーパーミラーの開発

丸山 龍治; 山崎 大; 海老澤 徹*; 日野 正裕*; 曽山 和彦

no journal, , 

中性子スーパーミラーは、研究用原子炉や核破砕型パルス中性子源で発生する中性子を効率的に実験装置まで輸送し、さらに必要な位置で分岐及び集束させるうえで重要となる中性子光学素子である。J-PARCにおける大強度パルス中性子源等で用いられる中性子光学機器の製造のために、0.2m$$^{2}$$の成膜可能面積をもつ大面積イオンビームスパッタ装置が導入され、これを用いてスーパーミラーの開発を行っている。スーパーミラーの高臨界角化においてはNiの全反射臨界角の6.7倍のミラーが、高反射率化においてはNiの3倍の臨界角のもので反射率85%以上のミラーがそれぞれ得られたので、これらの開発方法及び実験結果について報告する。

口頭

高分解能中性子共鳴スピンエコー法のためのビーム発散補正ミラーの開発

丸山 龍治; 日野 正裕*; 林田 洋寿; 北口 雅暁*; 山崎 大; 海老沢 徹*; 曽山 和彦

no journal, , 

中性子共鳴スピンエコー法は、中性子準弾性散乱を高いエネルギー分解能で測定できる分光法である。中性子のビーム発散によるフライトパス長のばらつきを楕円面ミラーにより補正することにより、中性子共鳴スピンエコー法の高エネルギー分解能化が実現される。この目的のための曲面スーパーミラーの開発状況及び中性子ビーム集光性能測定の結果について報告する。

口頭

中性子スピン干渉計による電流密度分布可視化の試み

林田 洋寿; 山崎 大; 海老沢 徹*; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 竹中 信幸*; 影山 将史*; 田崎 誠司*; 日野 正裕*; 川端 祐司*; et al.

no journal, , 

近年偏極中性子を用いたイメージングにより、空間的磁場分布を可視化する研究が行われているが、この方法ではアナライザーの透過強度によってコントラストを得るため、試料中での減極と歳差回転とが区別できない。一方、中性子スピン干渉計(Neutron Spin Interferometer, NSI)では減極と歳差回転はそれぞれNSIシグナルの振幅と位相として得られるので、NSIをイメージングに適応することでこれらを区別する研究も行われている。電流の作る磁場をNSIの位相で観測することも可能であり、一つの応用例として固体高分子型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell, PEFC)の面内電流密度分布の観測がある。そこでPEFCへの応用を見据えて、電流の作る磁場に対するNSIの感度テストを行った。テストサンプルとして、直径1mm,長さ20mmの導線に100mA, 1Aの電流を流したものを用いた。電流による磁場を位相で観測することに成功した。

口頭

中性子スピン干渉計による磁気イメージングの試み

林田 洋寿; 山崎 大; 海老沢 徹*; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 飯倉 寛; 安田 良; 酒井 卓郎; 松林 政仁; 竹中 信幸*; et al.

no journal, , 

中性子は磁気モーメントを持つため磁場中で歳差回転を行う。磁場分布がある場合、その分布に応じて歳差回転角にも分布が生じる。この性質を利用して、偏極中性子を用いて空間的磁場分布を可視化する研究が近年行われている。この手法は非破壊で試料内磁場分布の可視化を可能とする技術として注目を集めている。しかしこの方法では、アナライザーの透過強度によってコントラストを得ているため、偏極中性子の試料中での減極と歳差回転とを区別することは困難である。一方、中性子スピン干渉計(Neutron Spin Interferometer:NSI)では減極と歳差回転とはそれぞれNSIシグナルの振幅と位相として得られる。したがって、NSIをイメージングに適応することでこれらを区別し、さらに定量的な可視化の可能性が期待される。応力による磁気的ひずみのある磁性体や、電流の作る磁場などでは、減極と歳差回転とを生じさせる磁場が混在していると考えられる。このような試料に対してNSIによるイメージングの有効性を示すことを目的として、テストサンプルを用いて基礎データの取得を行った。実験の結果、応力による磁性体の磁気構造の崩れや、電流密度分布の可視化に成功した。

口頭

中性子ラジオグラフィの磁場イメージングへの展開

林田 洋寿; 山崎 大; 海老沢 徹*; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 飯倉 寛; 安田 良; 酒井 卓郎; 松林 政仁; 竹中 信幸*; et al.

no journal, , 

中性子は磁気モーメントを持つため磁場中で歳差回転を行う。磁場分布がある場合、その分布に応じて歳差回転角に分布が生じる。この性質を利用して、偏極中性子を用いた空間的磁場分布を可視化する研究が近年行われている。この手法は、非破壊で試料内磁場分布及び電流密度分布の可視化(電流の作る磁場を観測することで)を可能とする技術として注目を集めている。このような背景の中、われわれは中性子スピン干渉計を用いて磁場イメージングを試みた。磁性薄膜と直流電流を流したアルミ線をテストサンプルとして、それぞれ応力を受けた磁性薄膜の磁気構造変化、及び電流密度の可視化に成功した。

口頭

中性子スピン干渉計による磁場イメージング

林田 洋寿; 山崎 大; 海老沢 徹*; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 飯倉 寛; 安田 良; 酒井 卓郎; 松林 政仁; 竹中 信幸*; et al.

no journal, , 

中性子は磁気モーメントを持つため磁場中でラーマー歳差回転を行う。磁場に分布がある場合、その分布に応じてラーマー歳差回転角にも分布が生じる。この性質を利用して、偏極中性子を用いて空間的磁場分布を可視化する研究が近年行われている。このような手法は非破壊で試料内部磁場分布の可視化や、電流密度分布の可視化を可能とする技術として、多様なニーズが期待される。このような背景の中、われわれは中性子スピン干渉計によって以下の2つのテストサンプルに対して磁場のイメージングを試みた。一つは、磁性薄膜を折り曲げることで応力を加え、折り曲げ有りなしで磁性薄膜中の磁場分布の変わる様子の観察を試みた。もう一つはアルミ線に直流電流を流し、電流の作る磁場を観測してビオ・サバールの法則から電流密度を求めることを試みた。実験の結果、磁性薄膜サンプルでは折り曲げた部位において飽和磁化の減衰が観測され、アルミ線サンプルでは観測した磁場から電流密度を求めることに成功した。また、中性子スピンのラーマー歳差回転は中性子の波長と磁場積分に依存している。そのため、中性子スピン干渉計の磁場分解能は、波長分解能及びビーム発散角から生じる試料中での経路分散に依存する。パルス中性子では飛行時間法によって波長分解されるため、原子炉に比べて中性子スピン干渉計の磁場分解能向上が期待される。モンテカルロシミュレーションによって磁場分解能を見積もった結果、原子炉では測定が困難である数10[Tesla$$times$$mm]の磁場積分を持つ試料に対して、測定可能であることがわかった。

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