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論文

Repetition Rate Multiplication: RRM, an advanced measuring method planed for the backscattering instrument, ${it DNA}$ at the MLF, J-PARC

高橋 伸明; 柴田 薫; 川北 至信; 中島 健次; 稲村 泰弘; 中谷 健; 中川 洋; 藤原 悟; 佐藤 卓*; 筑紫 格*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 80(Suppl.B), p.SB007_1 - SB007_4, 2011/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:40.61(Physics, Multidisciplinary)

A TOF-BSS named ${it DNA}$ has been under construction on BL02 in the MLF of J-PARC. We have estimated expected performances of several candidates under realistic neutron source parameters at MLF. The expected neutron intensity under comparable energy resolutions of the ${it DNA}$-type is 2.6 times higher than that of the BASIS-type. Consequently, we have chosen the CM with pulse-shaping device for ${it DNA}$. Pulse-shaping is a good technique from a view point of a variability of resolution. On the other hand, a neutron energy band passing through the pulse-shaping chopper is limited and thus scanning range with one phase of the chopper is narrow. Of course, ${it DNA}$ also can access larger energy transfers by appropriate phasing of the pulse-shaping chopper. In addition, ${it DNA}$ will be able to utilize Repetition Rate Multiplication (RRM). RRM is essentially a way to employ multiple pulse-shaped incident neutron beams to effectively increase neutron counting time to more efficiently measure the inelastic region. In this presentation we will show the chopper sequence and introduce the RRM mode of the forthcoming backscattering spectrometer ${it DNA}$ in detail.

論文

AMATERAS; A Cold-neutron disk chopper spectrometer

中島 健次; 河村 聖子; 菊地 龍弥; 中村 充孝; 梶本 亮一; 稲村 泰弘; 高橋 伸明; 相澤 一也; 鈴谷 賢太郎; 柴田 薫; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 80(Suppl.B), p.SB028_1 - SB028_6, 2011/05

 被引用回数:101 パーセンタイル:94.89(Physics, Multidisciplinary)

アマテラスは、J-PARCの物質・生命科学実験施設に設置された冷中性子ディスクチョッパー型分光器であり、結合型水素モデレーターと新開発の高速ディスクチョッパーの組合せで、高分解能,高強度を両立させる最新鋭の中性子分光器である。今回の発表では、これまでの機器調整とユーザー利用の成果を踏まえ、アマテラスの現状と性能、そして、得られた成果の例を示す。

論文

A Novel time-spatial-focusing momentum-correction analyzer for the near-backscattering spectrometer DIANA at J-PARC

高橋 伸明; 柴田 薫; 佐藤 卓*; 新井 正敏; Mezei, F.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 587(2-3), p.350 - 362, 2008/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:22.93(Instruments & Instrumentation)

われわれは、飛行時間結晶アナライザー中性子非弾性散乱分光器のための新しい単結晶ピースの配置法を開発した。時間集光・空間集光・散乱角補正を同時に達成するこの手法は、J-PARC/MLFに設置が予定されている中性子非弾性散乱分光器DIANAへの採用が提案されている。まず、時間集光及び空間集光を満足する配置理論について解説し、次に散乱角補正の方法について説明した。さらに、モンテ・カルロシミュレーションにより集光性能を評価し、これまで用いられてきたエネルギー集光型配置の性能と比較議論した。

論文

Instrumental design and expected performance of coupled-moderator near-backscattering spectrometer at J-PARC

高橋 伸明; 柴田 薫; 佐藤 卓*; 田村 格良; 梶本 亮一; Harjo, S.; 及川 健一; 新井 正敏; Mezei, F.*

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 68(11), p.2199 - 2203, 2007/11

 被引用回数:7 パーセンタイル:36.42(Chemistry, Multidisciplinary)

J-PARC MLFに設置が計画されている逆転配置型分光器(DIANA)は非結合型減速材を線源とし、飛行距離32mを持つ装置として検討がすすめられてきた。最近われわれは、これまでの経験を元にした性能向上を目的に、JSNSの4種類の減速材を線源としたDIANA型の逆転配置型分光器を強度,分解能,S/N,特性エネルギーなどあらゆる観点から再構築し、計算機上で設計・シミュレーションを行った。その結果、非結合型減速材を線源とする飛行距離21.5m又は39mの選択肢、又は、結合型減速材を線源とする飛行距離45mの選択肢が新たに浮上した。特に結合型減速材を線源とする選択肢は、グラファイトやゲルマニウムをアナライザーとする通常測定において18-24%程度の分解能の低下は見込まれるものの6-8倍の強度増大が非減速材型に対し見込まれることがわかった。さらに、パルス整形とシリコンアナライザーを用いる高分解能測定においては同程度の分解能,24倍の強度増大,3倍の走査エネルギー範囲拡大が見込まれることが明らかとなった。

口頭

逆転配置型飛行時間分光器における集光アナライザーの設計

高橋 伸明; 柴田 薫; 佐藤 卓*; 新井 正敏; Mezei, F.*

no journal, , 

J-PARC/MLFに設置が計画されている生物試料やソフトマテリアルをターゲットにした低エネルギーダイナミクス解析装置(DIANA)は、3種類の結晶アナライザー(PG, Ge, Si)を搭載する逆転配置型の非弾性散乱装置である。本装置は、パルス中性子源を線源とした飛行時間型分光器であるため、エネルギー分解能は検出器に到達する中性子の飛行時間に依存する。そのため、原子炉に設置される三軸分光器に用いられるエネルギー集光型とは異なる形状のアナライザーが求められる。われわれはDIANAに搭載するアナライザーのために結晶ピースの新しい配置法を構築した。その特長は以下の通りである。(1)異なる飛行距離を有する結晶ピースを経由した中性子が同時刻に検出器に到達する「時間集光性能」を有すること,(2)アナライザー単結晶の熱散漫性散乱に起因するバックグラウンド低減のため、「空間集光性能」を有すること,(3)Q分解能を向上させるため、それぞれの検出器に対応するアナライザーユニットが試料を見込む散乱角を最小になるよう配置位置をデバイ・シェラーコーン上へ補正することである。この配置の設計方法及び、McStasを用いた計算機シミュレーションによる性能評価について考察する。

口頭

逆転配置型中性子非弾性散乱装置DIANAのエネルギー分解能関数の検討

柴田 薫; 高橋 伸明; 佐藤 卓*; 川北 至信*; 中島 健次; 新井 正敏; Mezei, F.*

no journal, , 

J-PARC/MLFに設置が計画されている逆転配置型分光器(DIANA)は非結合型ノンポイゾン減速材を線源とし、飛行距離32mを有する装置として検討が進められてきた。MLF施設中性子源には非結合型減速材のほかにも、結合型減速材や非結合型ポイゾン減速材の設置が計画されている。今回われわれは、同タイプの分光器で強度を重要視した条件で最適な線源を明らかにするため、各減速材を線源としたときに期待される装置性能を計算機シミュレーションなどにより再評価した。また、検討の結果得られたパルス関数の影響を受けた非対称な裾野を引く分解能関数を持つ測定スペクトルから、MEM等のデコンボリューション解析手段を用いてもとのスペクトルがどの程度再現可能か検討を行っている。講演では、MLF施設中性子源に設置が計画されているほかの非弾性散乱分光器との性能比較を予定している。

口頭

A New time-focusing crystal configuration for an inverted-geometry TOF spectrometer

高橋 伸明; 柴田 薫; 佐藤 卓*; 新井 正敏; Mezei, F.*

no journal, , 

飛行時間型逆転配置中性子非弾性散乱分光器(DIANA)は原子力機構がJ-PARC物質・生命科学研究施設(MLF)に建設を計画している中性子散乱実験装置である。この分光器は、白色パルス中性子線を試料に導き、非弾性散乱された中性子を結晶アナライザーでエネルギー解析することにより非弾性散乱スペクトルを得る逆転配置型の解析原理を有し、一方その測定原理は中性子の飛行時間によりそのエネルギーを算出する方法をとる。したがって高エネルギー分解能を達成するためには、試料で弾性散乱された中性子が検出器上に到達する時刻をそろえる、時間集光が満たされなければならない。また逆転配置型分光器の問題点の一つである、単結晶アナライザーの熱散漫性散乱に由来するバックグラウンドを低減するためには、空間集光も同時に満たされなければならない。われわれはこれらの制約を同時に満たす新しい結晶アナライザーの構築原理を開発した。

口頭

冷中性子ディスクチョッパー型分光器アマテラスの性能評価

中島 健次; 河村 聖子; 中村 充孝; 梶本 亮一; 稲村 泰弘; 高橋 伸明; 長壁 豊隆; 脇本 秀一; 相澤 一也; 鈴谷 賢太郎; et al.

no journal, , 

アマテラスは、J-PARC、物質・生命科学実験施設に設置された冷中性子ディスクチョッパー型分光器である。線源のパルス幅を任意に整形するパルス整形チョッパーを持つ新しいタイプの分光器であり、新開発の高速チョッパーと合わせて、高い分解能($$Delta$$$$E/Emathrm{_i}>1%$$),高い強度、また実験目的に合わせてそれらを最適化できる高い自由度で冷中性子熱中性子領域の非弾性散乱,準弾性散乱実験を行う中性子散乱実験装置である。アマテラスは、2009年春の完成以来順調に装置整備も進み、まだ不足の機器,未調整の部分等も残るものの、基本的な測定はある程度実施可能な状態となった。これを受けて、一般の利用者への供用もこの12月から開始されている。今回の報告では、機器調整中の試験測定によって得られたアマテラスの現状の性能について報告する。特に、パルス整形チョッパーを機能させた場合のアマテラスの分解能関数等の性能が当初の設計通りに実現されているかについて議論する。

口頭

背面反射型中性子分光器の分光特性の検討

柴田 薫; 高橋 伸明; 中島 健次; 川北 至信*; 佐藤 卓*; 筑紫 格*; 中川 洋; 藤原 悟; Mezei, F.*; Mutka, H.*; et al.

no journal, , 

J-PARC物質生命科学実験施設(MLF)パルス中性子源ビームラインBL02に一部建設が開始された背面反射型Si結晶アナライザー分光器DNAの仕様検討のために、パルス中性子源に設置を想定したSi結晶アナライザーを用いた背面反射型分光器の光学系の検討を行った。分光原理概略は以下の通りである。ブラッグ反射($$theta$$$$_{B}$$=約87.5$$^{circ}$$)による試料からの散乱中性子のエネルギー解析は精密球面加工した金属面上へ貼り付けられたSiウエハ結晶(Si(111),Si(311))で行う。金属球面の球中心は、それぞれ試料位置の上方及び下方に位置するように調整され、ブラッグ反射した中性子ビームは、それぞれ試料上方及び下方の円環上の複数の位置敏感型中性子検出器で検出される。そのため、散乱面に垂直方向の角度分解はそれぞれの結晶アナライザーに対応する検出器の縦方向の位置分解能で分解することが可能になる。また散乱面内の角度は、円環を構成する検出器のそれぞれの位置により分解することで、単結晶試料からの2次元散乱も測定可能である。以上の新しい光学系の収束原理,エネルギー分解能,運動量分解能等の検討結果について報告する。

口頭

冷中性子ディスクチョッパー型分光器アマテラスのコミッショニング

中島 健次; 河村 聖子; 中村 充孝; 梶本 亮一; 稲村 泰弘; 高橋 伸明; 長壁 豊隆; 脇本 秀一; 相澤 一也; 鈴谷 賢太郎; et al.

no journal, , 

アマテラスは、J-PARC,物質・生命科学実験施設に建設された冷中性子チョッパー型分光器であり、冷中性子$$sim$$熱中性子領域の非弾性散乱,準弾性散乱実験を大強度,高分解能で行うことを目的としている。装置は、昨年度末に完成し、この5月から中性子ビームを使ったコミッショニングを開始している。発表では、装置の状況を報告する。

口頭

J-PARC背面反射型分光器DNAのチョッパーシステム

高橋 伸明; 柴田 薫; 中島 健次; 新井 正敏; 川北 至信*; 佐藤 卓*; 筑紫 格*; 中川 洋; 藤原 悟; Mezei, F.*; et al.

no journal, , 

DNAは、J-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)BL02へ建設中のSi結晶アナライザー背面反射型中性子非弾性散乱実験装置である。本装置は、最も強度の高い結合型減速材を線源に選択し、パルス整形高速ディスクチョッパーを用いることで、大強度・高分解能(最高1$$mu$$eV)を狙った分光器である。チョッパーの開口時間の可変性を利用し、実験者の要求に応じた強度・分解能が選択可能となるよう設計されている。パルス整形は、高エネルギー分解能を得られる一方で、線源で発生する白色中性子ビームを切り出すことから、測定エネルギー範囲が$$pm$$40$$mu$$eV程度に制限される。本装置では、多孔ディスクを高速回転させることで生み出される複数のパルス整形された中性子ビームを用いて非弾性領域の測定を効率的に測定に用いる技術(RRM: Repetition Rate Multiplication)を合計3台の高速ディスクチョッパーを用いて実現するよう設計されている。本発表では、本実験装置におけるチョッパーシステムの設計指針と、RRM技術により生み出される効果を示す。

口頭

冷中性子ディスクチョッパー型分光器AMATERASのコミッショニング

中島 健次; 河村 聖子; 中村 充孝; 梶本 亮一; 稲村 泰弘; 高橋 伸明; 相澤 一也; 鈴谷 賢太郎; 柴田 薫; 中谷 健; et al.

no journal, , 

AMATERASは、J-PARC,物質・生命科学実験施設に設置された冷中性子領域から熱中性子領域での非弾性散乱を高分解能,高強度で測定するマルチチョッパー型の中性子分光器である。2006年度より建設を行ってきたアマテラスは、今春に無事完成し、2009年5月27日に初めて中性子ビームを受け入れた。現在、アマテラスは、本格的な利用を前に機器調整,試験運転を鋭意行っている最中である。今回は、アマテラスのコミッショニングの状況,試験測定の結果などを報告する。

口頭

高エネルギー分解能Si結晶アナライザー背面反射型分光器DNAの装置仕様検討と建設計画,2

柴田 薫; 高橋 伸明; 中島 健次; 神原 理; 川北 至信*; 佐藤 卓*; 筑紫 格*; 中川 洋; 藤原 悟; Mezei, F.*; et al.

no journal, , 

Si完全結晶ウエハを結晶アナライザーに用いる背面反射型逆転配置飛行時間型分光器としてダイナミクス解析装置DNAは、原子, 分子, スピンのナノ秒オーダーの運動を測定する目的で、J-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)に昨年度平成20年度から建設が進められている。DNA分光器は、結合型中性子源から取り出された中性子ビーム(BL02)を高性能スーパーミラーガイド管によって輸送し、途中複数のディスク・チョッパーによってそのビームを整形,入射中性子波長範囲を調整し、線源から42m離れた位置に置かれる実験試料に入射させる。試料から約2.3m離れた位置に試料中心を取り囲むようにSi結晶アナライザーユニットが設置され、試料から散乱された中性子線のうちブラッグ反射条件に合うエネルギーの中性子線のみを反射し、試料位置近傍の上下に設置された中性子検出器に検出させる。約1micro eVの高エネルギー分解能を実現し、ナノ秒オーダーの原子・スピンの運動を測定する広い分野の研究成果が期待されている。最終検討を進めている装置仕様及び建設計画について報告する。

口頭

Commissioning of AMATERAS; A Cold-neutron disk-chopper spectrometer at MLF, J-PARC

中島 健次; 河村 聖子; 梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 高橋 伸明; 長壁 豊隆; 脇本 秀一; 相澤 一也; 鈴谷 賢太郎; et al.

no journal, , 

アマテラスは、J-PARC、物質・生命科学実験施設に設置された冷中性子ディスクチョッパー型分光器である。水素の結合型モデレーターの高強度とパルス整形を行う新開発の高速チョッパーの組合せで高強度,高分解能を実現する。装置の建設は、2009年春に完了し、装置は機器調整の段階にある。今回われわれは、機器調整で得られた成果と合わせて、装置の現状を報告する。

口頭

ダイナミクス解析装置が目指すRRM(Repetition Rate Multiplication)

高橋 伸明; 柴田 薫; 中島 健次; 新井 正敏; 川北 至信*; 佐藤 卓*; 筑紫 格*; 中川 洋; 藤原 悟; Mezei, F.*; et al.

no journal, , 

J-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)のBL02へ建設中のダイナミクス解析装置DNAは、結合型減速材を線源とし、線源から7.75mの位置に設置される高速ディスクチョッパーを用いてパルス整形することで、大強度かつ高分解能を狙ったSi結晶アナライザー背面反射型中性子非弾性散乱実験装置である。パルス整形は、高エネルギー分解能を得られる一方で、線源で発生する白色中性子ビームを切り出すことから、測定エネルギー範囲が制限される。本装置では、4か所スリットを設けたディスクを高速回転させることで生み出される複数のパルス整形された中性子ビームを用いて非弾性領域の測定を効率的に測定に用いる技術(RRM: Repetition Rate Multiplication)を同型の実験装置では世界で初めて実現する計画である。

口頭

高エネルギー分解能Si結晶アナライザー背面反射型分光器DNAの装置仕様と建設状況,3

柴田 薫; 高橋 伸明; 川北 至信; 中島 健次; 稲村 泰弘; 中谷 健; 相澤 一也; 曽山 和彦; 及川 健一; 吉田 登; et al.

no journal, , 

Si結晶アナライザー背面反射型分光器(DNA)は約1$$mu$$eVの高エネルギー分解能を実現し、生体関連物質の機能解明,高分子等のソフトマター物質,電池材料等の機能性材料の開発,磁性物質の研究等の幅広い研究分野で役立つことが期待されており、現在J-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)に建設が進められている。装置概要は以下の通りである。結合型中性子源から発生する大強度の比較的時間幅の広い中性子ビーム(BL02ビームライン)を高性能スーパーミラーガイド管によって約42m下流の試料位置まで輸送する。途中複数のディスク・チョッパーによってそのパルスビームを整形、入射中性子波長範囲を調整する。試料から約2.3m離れた位置に試料中心を取り囲むように、アルミニウム製精密球面に貼り付けられたSi結晶ウエハによって、試料から散乱された中性子線のうちブラッグ反射条件に合うエネルギーの中性子線のみを反射し、試料近傍の上下に設置された位置敏感型中性子検出器に検出させる。装置建設の完成は、来年平成23年夏ごろを目標として、その後約半年間、コミッショニングを行い、平成24年4月以降供用運転を開始する予定である。

口頭

冷中性子ディスクチョッパー型分光器アマテラスの装置特性について

中島 健次; 河村 聖子; 菊地 龍弥; 中村 充孝; 梶本 亮一; 稲村 泰弘; 高橋 伸明; 長壁 豊隆; 脇本 秀一; 相澤 一也; et al.

no journal, , 

冷中性子ディスクチョッパー型分光器アマテラスは、線源のパルス幅を任意に整形するパルス整形チョッパーを持つ新しいタイプの中性子分光器である。昨年の装置の完成以来機器調整を進めてきた本装置は、まだ完全な状態とは言えないながらも、昨年末より一般ユーザーを受け入れ、供用実験を開始した。その供用についても、今年度からは本格化しており、多数のユーザーを受け入れ、多くの課題を実施している。一方、その中でアマテラスの装置特性についての理解も進み、精密な解析の妨げとなるバックグラウンドや複数Eiを使った実験の有用性と限界なども見えてきた。今回の報告では、利用状況を含めたアマテラスの現状を紹介しつつ、機器調整や供用運転を通じて得られた装置の特性等について述べる。

口頭

背面反射型Si結晶アナライザー分光器DNAの建設状況報告

柴田 薫; 高橋 伸明; 川北 至信; 中島 健次; 神原 理; 稲村 泰弘; 中谷 健; 相澤 一也; 曽山 和彦; 及川 健一; et al.

no journal, , 

背面反射型Siアナライザー分光器DNAは、J-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)結合型モデレータビームラインBL02にSi完全結晶ウエハを結晶アナライザーに用いる背面反射型逆転配置飛行時間型分光器として、約1$$mu$$eVの高エネルギー分解能を実現し、原子,分子,スピンのナノ秒オーダーの運動を測定する目的で本格的に建設が進められている。研究成果の期待される分野としては、生体関連物質の機能解明,高分子等のソフトマター物質,電池材料,触媒材料等の機能性材料の開発,磁性物質等が検討されている。建設計画は平成21年度から3年間の予算で建設することが決定し現在(H22.11)ビームライン遮蔽体の設置中である。装置建設の完成は、平成23年6月頃を目標として、その後約半年間、コミッショニングを行い、平成24年4月以降供用運転を開始する予定である。

口頭

ダイナミクス解析装置で目指す高分解能非弾性散乱測定

高橋 伸明; 柴田 薫; 川北 至信; 中島 健次; 稲村 泰弘; 中谷 健; 中川 洋; 藤原 悟; 佐藤 卓*; 筑紫 格*; et al.

no journal, , 

MLFのBL02へ建設中のダイナミクス解析装置DNAは、結合型減速材を線源とし、線源から7.75mの位置に設置される高速ディスクチョッパーを用いて入射中性子ビームをパルス整形することで、大強度かつ高エネルギー分解能を狙ったSi結晶アナライザー背面反射型装置である。パルス整形は、線源で発生する白色中性子ビームを線源付近においてごく短時間のみ切り出す手法であり、ある波長の中性子ビームの時間幅を狭くすることで高エネルギー分解能を得ることができる。また、切りだす時間幅を変えることでエネルギー分解能を可変に選択できるという利点がある。その一方で、切り出した時間幅を通りぬけることができる中性子のみを測定に用いるため、測定エネルギー範囲が制限されるという欠点がある。本装置では、パルス整形デバイスとして、複数のスリットを設けたディスクチョッパーを用い、パルス発生周期(J-PARCの場合25Hz)の何倍もの速度で、かつパルス発生周期と非同期に高速回転させる計画である。これにより生み出される複数のパルス整形された中性子ビームを用いて非弾性散乱領域を余すところなく効率的に測定する技術(RRM: Repetition Rate Multiplicationと呼んでいる)を同型の実験装置では世界で初めて実現する計画である。発表では、測定原理、チョッパー群の設計及びその指針を示し、パルス発生周期と非同期に回転させるチョッパーからいかに有益なデータを得ようと計画しているかについて述べ、議論したいと考えている。

口頭

AMATERAS; Cold-neutron disk-chopper spectrometer

中島 健次; 河村 聖子; 菊地 龍弥; 中村 充孝; 梶本 亮一; 稲村 泰弘; 高橋 伸明; 相澤 一也; 鈴谷 賢太郎; 柴田 薫; et al.

no journal, , 

AMATERAS is a cold-neutron disk-chopper spectrometer in Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) in J-PARC. By combination of high-peak intensity from a H2-coupled moderator source and newly developed high-speed disk-choppers for pulse shaping and monochromating, the spectrometer realizes both high-resolution ($$Delta$$E/ Ei $$>$$ 1% at Ei = 20 meV) and high-intensity in the range of Ei = 1$$sim$$20 meV, and can show sufficient performance up to Ei $$<$$ 80 meV.

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