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論文

Coherent magnetization rotation of a layered system observed by polarized neutron scattering under grazing incidence geometry

丸山 龍治; Bigault, T.*; Saerbeck, T.*; Honecker, D.*; 曽山 和彦; Courtois, P.*

Crystals, 9(8), p.383_1 - 383_13, 2019/08

中性子偏極スーパーミラーを偏極中性子散乱測定に用いる際には、試料の磁化や中性子ビームの偏極率への影響を小さく抑えるために、これを構成する多層膜が磁気的にソフトであることが重要である。これらの多層膜は交換結合長(数十nm)よりも小さい結晶粒から構成され、磁気特性はバルクとは異なり隣り合うスピン間での交換相互作用による結晶磁気異方性の平均化(ランダム異方性モデル)によって理解される。本研究では、多層膜の面内磁気構造の磁場依存性を斜入射偏極中性子散乱を用いて観察することにより、我々の系が本モデルに従うかどうかに関する検証を行った。実験によって得られた散乱データは歪曲波ボルン近似による散乱強度分布シミュレーションにより解析され、磁化の方向が揃った領域は0.5$$sim$$1.1$$mu$$m程度の範囲内で磁化の反転過程において大きく変化しないという結果が得られた、これは、磁化の過程がバルクで見られる磁壁の形成と移動ではなくコヒーレントな磁気モーメントの回転によることを意味する。今後は、このモデルの適応範囲等について研究を進め、多層膜の磁気特性を支配するメカニズムに関する理解を深めることが重要である。

論文

Effect of the interface roughness correlation on the reflectivity in a neutron multilayer mirror

丸山 龍治; 山崎 大; 曽山 和彦

JPS Conference Proceedings (Internet), 22, p.011011_1 - 011011_5, 2018/11

J-PARC MLFの中性子ビーム利用の高度化のため、高性能中性子スーパーミラーの開発を進めている。中性子源から試料位置まで中性子スーパーミラーガイドや集光スーパーミラー等による中性子ビーム輸送の高効率化には、スーパーミラーの反射率が高いことが重要である。これまで我々が進めてきた研究において、スーパーミラーの界面粗さの面内相関が小さく面間の相関が大きい多層膜により、集光系を構成する際に試料位置周辺でのバックグラウンドとなる散漫散乱が小さく抑えられることがわかった。本研究では、スーパーミラーを構成する多層膜界面の面内及び面間の相関が反射率に与える影響を歪曲波ボルン近似を用いた反射率シミュレーションにより調べた。その結果、異なる界面間で粗さの相関が大きい場合ブラッグ反射ピークにおいて反射率が減少することがわかり、多層膜からの反射率計算において界面粗さの面間の相関を考慮することの重要性が示された。

論文

Development of high-polarization Fe/Ge neutron polarizing supermirror; Possibility of fine-tuning of scattering length density in ion beam sputtering

丸山 龍治; 山崎 大; 阿久津 和宏*; 花島 隆泰*; 宮田 登*; 青木 裕之; 武田 全康; 曽山 和彦

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 888, p.70 - 78, 2018/04

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

イオンビームスパッタ法で成膜されたFe/Si及びFe/Ge多層膜に対して、X線及び偏極中性子反射率、走査型透過電子顕微鏡と組み合わされたエネルギー分散型X線分光分析等のプローブによって層構造や局所元素分析を行った。その結果、Fe/Ge多層膜のGe層に含まれたスパッタリングガスであるArが含まれることにより、Ge層の散乱長密度が減少し、(-)スピンの中性子に対するFeとGeの散乱長密度のコントラストがほぼ消失し偏極中性子反射において高偏極率となることがわかった。Ge層に含まれるArは、成膜時においてAeがGeターゲットで後方散乱することに起因することが知られており、偏極スーパーミラーの高偏極率化に必要な(-)スピン中性子に対する散乱長密度コントラストを微調整する新たな手法となる可能性を示すものである。この結果を基に、Niの5倍の全反射臨界角をもつFe/Ge偏極スーパーミラーを成膜し偏極反射率測定を行った結果、(+)スピン中性子の反射率が0.70以上、偏極率はビームラインの偏極性能が正しく補正されている領域においては0.985以上という高い偏極率を達成した。

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

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

Accessible length scale of the in-plane structure in polarized neutron off-specular and grazing-incidence small-angle scattering measurements

丸山 龍治; Bigault, T.*; Wildes, A. R.*; Dewhurst, C. D.*; Saerbeck, T.*; Honecker, D.*; 山崎 大; 曽山 和彦; Courtois, P.*

Journal of Physics; Conference Series, 862(1), p.012017_1 - 012017_6, 2017/06

中性子偏極スーパーミラーを偏極中性子散乱測定に用いる際には、試料の磁化や中性子ビームの偏極率への影響を小さく抑えるために、これを構成する多層膜が磁気的にソフトであることが重要である。これらの多層膜は交換結合長(数十nm)よりもサイズの小さい結晶粒から構成され、磁気特性はバルクとは異なり隣り合うスピン間での交換相互作用による結晶磁気異方性の平均化(ランダム異方性モデル)によって理解される。本研究では、磁化の過程における多層膜の面内磁気構造を偏極中性子非鏡面反射及び斜入射小角散乱を用いて測定し、散乱データの歪曲波ボルン近似による散乱強度分布シミュレーションを行うことにより面内方向の長さスケールの異なる非鏡面反射と斜入射小角散乱で得られたデータの比較を行った。本発表では2つの散乱手法の特徴や適応可能な面内構造の長さスケールの範囲に関する議論を行う。

論文

Silver photo-diffusion and photo-induced macroscopic surface deformation of Ge$$_{33}$$S$$_{67}$$/Ag/Si substrate

坂口 佳史*; 朝岡 秀人; 魚住 雄輝; 近藤 啓悦; 山崎 大; 曽山 和彦; Ailavajhala, M.*; Mitkova, M.*

Journal of Applied Physics, 120(5), p.055103_1 - 055103_10, 2016/08

 被引用回数:5 パーセンタイル:57.78(Physics, Applied)

Ge-chalcogenide films show various photo-induced changes, and silver photo-diffusion is one of them which attracts lots of interest. In this paper, we report how silver and Ge-chalcogenide layers in Ge$$_{33}$$S$$_{67}$$/Ag/Si substrate stacks change under light exposure in the depth by measuring time-resolved neutron reflectivity. It was found from the measurement that Ag ions diffuse all over the matrix Ge$$_{33}$$S$$_{67}$$ layer once Ag dissolves into the layer. We also found that the surface was macro-scopically deformed by the extended light exposure. Its structural origin was investigated by a scanning electron microscopy.

論文

Processes of silver photodiffusion into Ge-chalcogenide probed by neutron reflectivity technique

坂口 佳史*; 朝岡 秀人; 魚住 雄輝; 川北 至信; 伊藤 崇芳*; 久保田 正人; 山崎 大; 曽山 和彦; Sheoran, G.*; Mitkova, M.*

Physica Status Solidi (A), 213(7), p.1894 - 1903, 2016/07

 被引用回数:5 パーセンタイル:57.78(Materials Science, Multidisciplinary)

アモルファスGeカルコゲナイド/銀の界面において光を照射すると拡散が促進される。非破壊かつ時間分解で観測できるJ-PARC(写楽)の中性子反射率測定を用いて、光照射によってAgが初期の急速な拡散から緩やかな拡散と2段階のプロセスを経て、界面の拡散層が形成されている様子を捉えた。

論文

Study of the in-plane magnetic structure of a layered system using polarized neutron scattering under grazing incidence geometry

丸山 龍治; Bigault, T.*; Wildes, A. R.*; Dewhurst, C. D.*; 曽山 和彦; Courtois, P.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 819, p.37 - 53, 2016/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:42.29(Instruments & Instrumentation)

中性子偏極スーパーミラーを偏極中性子散乱測定に用いる際には、試料の磁化や中性子ビームの偏極率への影響を小さく抑えるために、これを構成する多層膜が磁気的にソフトであることが重要である。これらの多層膜は交換結合長(数十nm)よりもサイズの小さい結晶粒から構成され、磁気特性はバルクとは異なり隣り合うスピン間での交換相互作用による結晶磁気異方性の平均化(ランダム異方性モデル)によって理解される。本研究では、磁化の過程における多層膜の面内磁気構造を斜入射偏極中性子散乱を用いて観察することにより、上記モデルが我々の対象とする系に適応可能であるかどうかに関する検証を行った。実験によって得られた散乱データは歪曲波ボルン近似による散乱強度分布シミュレーションにより解析され、面内方向で磁化の方向が揃った領域の大きさ(数百nm)が結晶粒サイズ($$leq 10$$nm)よりもずっと大きいという上記モデルに従う結果が得られた。今後は、このモデルの適応範囲や異なる系に対する適応可能性等について研究を進め、多層膜の磁気特性を支配するメカニズムに関する理解を深めることが重要である。

論文

Numerical evaluation of the light transport properties of alternative He-3 neutron detectors using ceramic scintillators

大図 章; 高瀬 操*; 春山 満夫; 倉田 典孝*; 小林 希望*; 呉田 昌俊; 中村 龍也; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 鈴木 浩幸; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 798, p.62 - 69, 2015/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:66.76(Instruments & Instrumentation)

シンチレータを用いたヘリウム3代替中性子検出器内部のシンチレータ光の伝搬特性を光線追跡コードを用いて調査した。検出器の構造は、ガラス基板に積層された薄いセラミックシンチレータ板とそれを囲む光反射管、及びその光反射管の両端に設置された二つの光電子増倍管からなる。管内部のセラミックシンチレータ板の設置を様々に変化させた場合の検出器の両端に現れる光出力を計算し、試験結果と比較した。その結果、管内部の光伝搬特性は、そのセラミックシンチレータの配置、及び光反射管の構造に大きく依存することが判明した。

論文

Measurement of transient photo-induced changes in thin films at J-PARC; Time-resolved neutron reflectivity measurements of silver photo-diffusion into Ge-chalcogenide films

坂口 佳史*; 朝岡 秀人; 魚住 雄輝; 川北 至信; 伊藤 崇芳*; 久保田 正人; 山崎 大; 曽山 和彦; Ailavajhala, M.*; Wolf, K.*; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.031023_1 - 031023_6, 2015/09

アモルファスGeカルコゲナイド/銀の界面において光を照射すると拡散が促進される。非破壊かつ時間分解で観測できるJ-PARC(写楽)の中性子反射率測定を用いて、光照射によってAgが、初期の急速な拡散によるAg-richな層の形成と、緩やかな拡散によるAg-poorな層の形成と、2段階のプロセスを経て拡散が進行していることを明らかにした。

論文

Dynamics of silver photo-diffusion into Ge-chalcogenide films; Time-resolved neutron reflectometry

坂口 佳史*; 朝岡 秀人; 魚住 雄輝; 川北 至信; 伊藤 崇芳*; 久保田 正人; 山崎 大; 曽山 和彦; Ailavajhala, M.*; Latif, M. R.*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 619(1), p.012046_1 - 012046_4, 2015/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:2.73

アモルファスGeカルコゲナイド/銀の界面において光を照射すると拡散が促進される。非破壊かつ時間分解で観測できるJ-PARC(写楽)とISIS(INTER)の中性子反射率測定を用いて、拡散界面の解析を行った。その結果、光照射によって初期の急速なAg拡散によるAg-rich層の形成された後、その界面をほぼ一定に保ちながら、緩やかな拡散による第2のAg-poor層が形成される2段階のプロセスが進行していることが明らかになった。

論文

Development of a ceramic-insulated ball-anode element for neutron detection

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 山岸 秀志*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 784, p.194 - 197, 2015/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:81.41(Instruments & Instrumentation)

中性子計測のため、セラミックスを絶縁体とする検出素子を開発し、Cf-252中性子線源を用いた照射試験を実施した。開発した素子はセラミックス絶縁体、絶縁体上に設置した陰極ライン、および球形の陽極で構成されている。陰極ラインはセラミックス表面、球形陽極と接続される陽極ラインはセラミックス背面に陽極の垂直方向に配置している。通常、検出器に中性子が入射すると、検出素子自身で中性子が散乱される。そこで、モンテカルロシミュレーションを用いて散乱の効果を計算した。計算の結果、一般的に絶縁体として使用されるポリマーに比べ、セラミックスを使用することで散乱成分を約4割減少させることができることが分かった。

報告書

金属基板スーパーミラーの特性評価

田村 格良; 加島 洋一; 曽山 和彦

JAEA-Research 2014-029, 12 Pages, 2015/03

JAEA-Research-2014-029.pdf:1.89MB

炉心近傍に設置された中性子導管は、ガラス基板に含まれるホウ素と中性子の(n,$$alpha$$)反応や、$$gamma$$線による励起や電離作用等によって長期間の照射の後に損傷を生じる。本研究では、耐放射線性を有する中性子導管を開発するために、中性子導管を構成する中性子ミラー基板に関してアルミニウムにニッケルを電着した基板を用いて耐放射線性スーパーミラーを試作し、その表面粗さ及び平坦度をZYGO干渉計, X線反射率計及び中性子反射率計を用いて特性評価を行った。その結果、基板の表面粗さ0.2-0.3nm(rms)、m=3スーパーミラーで中性子反射率が76%の非常に高い性能を有していることを確認した。

論文

JAEA-ISCN development programs of advanced NDA technologies of nuclear material

瀬谷 道夫; 小林 直樹; 直井 洋介; 羽島 良一; 曽山 和彦; 呉田 昌俊; 中村 仁宣; 原田 秀郎

Book of Abstracts, Presentations and Papers of Symposium on International Safeguards; Linking Strategy, Implementation and People (Internet), 8 Pages, 2015/03

原子力機構では、2011年度より次の3つのプログラムからなる先進核物質非破壊測定技術の基礎開発を実施している。(1)レーザー・コンプトン散乱$$gamma$$線(大強度単色$$gamma$$線)を使う核共鳴蛍光NDA技術開発、(2)ZnS/B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータによる中性子検出技術開発、(3)中性子共鳴透過分析(NRTA)及び中性子共鳴捕獲分析(NRCA)による中性子濃度分析法(NRD)技術開発。これらのプログラムは2014年度に終了する予定であり、2015年2-3月に実証試験を行う予定である。

論文

核セキュリティ・核不拡散のための先進核物質非破壊検知・測定基礎技術開発

瀬谷 道夫; 直井 洋介; 小林 直樹; 中村 孝久; 羽島 良一; 曽山 和彦; 呉田 昌俊; 中村 仁宣; 原田 秀郎

核物質管理学会(INMM)日本支部第35回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2015/01

日本原子力研究開発機構(JAEA)の核不拡散・核セキュリティ総合支援センターは、JAEAの他部門と協力して、核セキュリティ・核不拡散のための以下の先進核物質非破壊検知・測定基礎技術開発プログラムを実施してきている。(1)使用済燃料中プルトニウム非破壊測定(NDA)実証試験(PNAR法+SINRD法) (JAEA/USDOE(LANL)共同研究、平成25年度終了)、(2)レーザー・コンプトン散乱$$gamma$$線非破壊測定技術開発(大強度単色$$gamma$$線源基礎実証)、(3)ヘリウム3代替中性子検出技術開発、(4)中性子共鳴濃度分析法技術開発(JAEA/JRC共同研究)。この報告では、これらについてその概要を紹介する。

論文

Evaluation of two-dimensional multiwire neutron detector with individual line readout under pulsed neutron irradiation

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 山岸 秀志*

Journal of Instrumentation (Internet), 9(11), p.C11019_1 - C11019_9, 2014/11

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

J-PARCセンター・物質・生命科学実験施設の中性子散乱施設のため、個別読み出し法と光信号伝送を利用したマルチワイヤ型中性子検出システムを開発した。開発したシステムの有感面積は128$$times$$128mm$$^{2}$$、各軸のピッチは1mm、計256本の信号線は個々に信号処理される仕様である。初のパルス中性子による照射特性試験をJ-PARCセンターにて行った結果、開発したシステムによりJ-PARCセンターの25Hz(40ms)の時定数をもったパルス中性子を正確に測定できることが確認された。最終的にはNi/Ti多層膜を利用した中性子反射率測定に成功することができた。

論文

Studies of silver photo diffusion dynamics in Ag/Ge$$_{x}$$S$$_{1-x}$$ ($$x$$=0.2 and 0.4) films using neutron reflectometry

坂口 佳史*; 朝岡 秀人; 魚住 雄輝; 川北 至信; 伊藤 崇芳*; 久保田 正人; 山崎 大; 曽山 和彦; Ailavajhala, M.*; Latif, R.*; et al.

Canadian Journal of Physics, 92(7/8), p.654 - 658, 2014/07

 被引用回数:9 パーセンタイル:35.7(Physics, Multidisciplinary)

アモルファスGeカルコゲナイド/銀の界面において光を照射すると拡散が促進される。非破壊かつ時間分解で観測できるJ-PARC(写楽)の中性子反射率測定を用いて、光照射によってAgが初期の急速な拡散から緩やかな拡散と2段階のプロセスを経て、界面の拡散層が形成されている様子を捉えた。

論文

Development of a compact vertical splitting system for the cold neutron beam at JRR-3

田村 格良; 丸山 龍治; 山崎 大; 中村 清; 山本 和喜; 相澤 一也; 曽山 和彦

Journal of Physics; Conference Series, 528, p.012012_1 - 012012_7, 2014/07

 パーセンタイル:100

中性子ビーム実験装置の効率的な利用をするために、新たに開発した小型分岐装置を使用してJRR-3のC2冷中性子ビームラインの中性子ビーム実験装置を再配置した。この小型分岐装置は2つの小型マルチチャンネルベンダーを有している。これらのベンダーは0.2mm厚さのシリコン基板の両面にコーティングされたNi/Tiスーパーミラーを使用している。2つのベンダーの曲率半径は938mmであり、20$$^{circ}$$に曲げるベンダーの長さは320mmである。原子力機構のイオンビームスパッタリング装置を使用して、ベンダーに使用するm=3のスーパーミラーをシリコン基板の両面に成膜した。20$$^{circ}$$に曲げるベンダーの出口に設置された中性子ガイド末端の中性子束を金箔の放射化法により測定した結果、1.58$$times$$10$$^{7}$$ n/cm$$^{2}$$/sであった。本研究は、高い反射率を有する両面上に成膜されたスーパーミラーが小型分岐装置に適していることを示した。

論文

Performance evaluation of high-pressure MWPC with individual line readout under Cf-252 neutron irradiation

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 山岸 秀志*

Journal of Physics; Conference Series, 528, p.012045_1 - 012045_6, 2014/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:34.99

J-PARCセンター物質・生命科学実験施設で使用するためマルチワイヤ素子を用いた高圧駆動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。開発した検出器は256チャンネルの検出素子,圧力容器,信号増幅・波形整形・波高弁別一体型基板,光信号伝送装置, FPGA実装位置エンコーダ,データ収集機器で構成されている。中性子照射試験の結果、ピクセルごとの均一性: 7.9%、固有の位置応答: 1.55mm(半値幅)という性能を確認することができた。

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