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論文

Study of neutron-nuclear spin correlation term with a polarized Xe target

酒井 健二; 奥 隆之; 奥平 琢也; 甲斐 哲也; 原田 正英; 廣井 孝介; 林田 洋寿*; 加倉井 和久*; 清水 裕彦*; 広田 克也*; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011116_1 - 011116_6, 2021/03

https://doi.org/10.7566/JPSCP.33.011116

中性子基礎物理学において、パリティ非保存(PNC)項や時間反転非保存項と干渉する中性子スピン$${bf s}$$と標的核スピン$${bf I}$$の相関項$${bf s}cdot{bf I}$$は重要な研究テーマである。中性子共鳴ピーク付近でPNC項の増大が測定され、スピン交換光ポンピング(SEOP)法により$$sim 10^{-1}$$の偏極が得られるキセノン(Xe)は、本研究にとって興味深い原子核である。我々は小型SEOPシステムを用いた偏極Xe標的を開発し、核破砕中性子源で得られる大強度の熱外中性子ビームを利用した$${bf s}cdot{bf I}$$項の研究を計画している。その第一段階として、我々は$$^{129}$$Xeの9.6eV共鳴ピーク付近でのXe偏極時と非偏極時の中性子透過率比の変化$$Delta R$$を捕らえることで、$${bf s}cdot{bf I}$$項に起因する中性子偏極能力の測定をJ-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)のBL10で試みた。実験では、本測定系がドップラーブロードニングの影響($$Delta R_{rm DB} , {approx},10^{-2}$$)を検知できることを実証した上で、初期結果として有意な$$Delta R$$の値を得ている。現在は$$Delta R$$をより詳細に評価するために、核磁気・電子スピン共鳴法によるXe偏極度の導出を進めている。

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

https://doi.org/10.1016/j.nima.2020.164301
 被引用回数：10 パーセンタイル：79.13(Instruments & Instrumentation)

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

An Experimental setup for creating and imaging $$^{4}$$He$$_{2}$$$$^{ast}$$ excimer cluster tracers in superfluid helium-4 via neutron-$$^{3}$$He absorption reaction

Sonnenschein, V.*; 辻 義之*; 國立 將真*; 久保 渉*; 鈴木 颯*; 富田 英生*; 鬼柳 善明*; 井口 哲夫*; 松下 琢*; 和田 信雄*; et al.

Review of Scientific Instruments, 91(3), p.033318_1 - 033318_12, 2020/03

https://doi.org/10.1063/1.5130919
 被引用回数：0 パーセンタイル：0(Instruments & Instrumentation)

For the purpose of future visualization of the flow field in superfluid helium-4, clusters of the triplet state excimer $$^{4}$$He$$_{2}$$$$^{ast}$$ are generated along the micro-scale recoil tracks of the neutron-absorption reaction n + $$^{3}$$He $$rightarrow$$ $$^{3}$$T + p. This reaction is induced by neutron irradiation of the $$^{3}$$He fraction contained in natural isotopic abundance liquid helium with neutron beams either from the Japan Proton Accelerator Research Complex, Materials and Life Science Experimental Facility (J-PARC)/Materials and Life Science Experimental Facility or from the Kyoto University Institute for Integrated Radiation and Nuclear Science. These $$^{4}$$He$$_{2}$$$$^{ast}$$ clusters are expected to be ideal tracers of the normal-fluid component in superfluid helium with several advantageous properties. Evidence of the excimer generation is inferred by detection of laser induced fluorescence emitted from the $$^{4}$$He$$_{2}$$$$^{ast}$$ clusters excited by a purpose-built short pulse gain-switched titanium:sapphire (Ti:sa) laser operating at a wavelength of 905 nm. The setup and performance characteristics of the laser system including the Ti:sa and two continuous wave re-pumping lasers are described. Detection at the fluorescence wavelength of 640 nm is performed by using optical bandpass filtered photomultiplier tubes (PMT). Electrical noise in the PMT acquisition traces could successfully be suppressed by post-processing with a simple algorithm. Despite other laser-related backgrounds, the excimer was clearly identified by its fluorescence decay characteristics. Production of the excimer was found to be proportional to the neutron flux, adjusted via insertion of different collimators into the neutron beam. These observations suggest that the apparatus we constructed does function in the expected manner and, therefore, has the potential for groundbreaking turbulence research with superfluid helium.

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, p.029_1 - 029_5, 2019/12

https://doi.org/10.22323/1.356.0029

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

Generation of $$^{4}$$He$$_2^{*}$$ clusters via neutron-$$^{3}$$He absorption reaction toward visualization of full velocity field in quantum turbulence

松下 琢*; Sonnenschein, V.*; Guo, W.*; 林田 洋寿*; 廣井 孝介; 広田 克也*; 井口 哲夫*; 伊藤 大介*; 北口 雅暁*; 鬼柳 善明*; et al.

Journal of Low Temperature Physics, 196(1-2), p.275 - 282, 2019/07

https://doi.org/10.1007/s10909-018-02112-3
 被引用回数：1 パーセンタイル：4.76(Physics, Applied)

For flow visualization study of quantum turbulence in superfluid $$^{4}$$He, $$^{4}$$He$$_2^{*}$$ excimers are unique tracers which follow only normal-fluid component flow above 1 K. To generate detectable small $$^{4}$$He$$_2^{*}$$ clouds (clusters) required for full-space velocity field measurements, we have adopted a new method based on neutron absorption reaction of $$^{3}$$He impurities in $$^{4}$$He and conducted proof-of-principle experiments. Generation of the $$^{4}$$He$$_2^{*}$$ excimers was detected by laser-induced fluorescence using photomultiplier tubes. The fluorescence was observed to increase proportionally to the neutron flux, suggesting that a sufficient amount of $$^{4}$$He$$_2^{*}$$ excimers were generated by neutrons. We also estimated the number of $$^{4}$$He$$_2^{*}$$ excimers possibly generated by $$gamma$$-rays and found that the relevant contribution was less than 40%. Thus, the majority of the $$^{4}$$He$$_2^{*}$$ excimers was confirmed to be generated via n-$$^{3}$$He absorption reactions.

論文

Angular distribution of $$gamma$$ rays from neutron-induced compound states of $$^{140}$$La

奥平 琢也*; 高田 秀佐*; 広田 克也*; 木村 敦; 北口 雅暁*; 古賀 淳*; 長元 孝介*; 中尾 太郎*; 岡田 晏珠*; 酒井 健二; et al.

Physical Review C, 97(3), p.034622_1 - 034622_15, 2018/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.97.034622
 被引用回数：12 パーセンタイル：71.12(Physics, Nuclear)

The angular distribution of individual $$gamma$$ rays, emitted from a neutron-induced compound-nuclear state via radiative capture reaction of $$^{139}$$La$$(n,gamma)$$ has been studied as a function of incident neutron energy in the epithermal region by using germanium detectors. An asymmetry $$A_{LH}$$ was defined as $$frac{N_{L}-N_{H}}{N_{L}+N_{H}}$$, where $$N_L$$ and $$N_H$$ are integrals of low- and high-energy region of a neutron resonance respectively, and we found that $$A_{LH}$$ has the angular dependence of $$(A cos theta_{gamma} + B)$$, where $$theta_{gamma}$$ is the emitted angle of $$gamma$$ rays, with $$A =- 0.3881 pm 0.0236$$ and $$B =- 0.0747 pm 0.0105$$ in 0.74-eV p-wave resonance. This angular distribution was analyzed within the framework of interference between s- and p-wave amplitudes in the entrance channel to the compound-nuclear state, and it is interpreted as the value of the partial p-wave neutron width corresponding to the total angular momentum of the incident neutron combined with the weak matrix element, in the context of the mechanism of enhanced parity-violating effects. Additionally, we use the result to quantify the possible enhancement of the breaking of time-reversal invariance in the vicinity of the p-wave resonance.

口頭

Development of compact laser optics for an in-situ spin-exchange optical pumping $$^3$$He neutron spin filter

奥 隆之; 林田 洋寿*; 吉良 弘*; 酒井 健二; 廣井 孝介; 篠原 武尚; 坂口 佳史*; 猪野 隆*; 大山 研司*; Chang, L.-J.*; et al.

no journal, , 

$$^3$$He-NSFは、広いエネルギー範囲の中性子に対して有効に働き、特に数十ミリeV以上の高いエネルギー領域で有効であることから、磁気励起の研究などで役立つと期待されている。また、$$^3$$He-NSFは、大きな立体角をカバーすることができ、ほとんど散乱させることなく中性子を偏極できるので、小角散乱や反射率計の検極子としても適している。さらに、近年開発された偏極パルス中性子を用いた磁気イメージング法の実用化においても、$$^3$$He-NSFは要のデバイスとして期待されている。そこで、J-PARCのようなパルス中性子実験施設において、$$^3$$He-NSFを実用化するためには、装置を放射線の遮蔽体内に設置する必要があるため、装置を安定でかつセットアップや運転が容易なものにする必要がある。そこで、我々は体積型ホログラフィック回折格子を用いて、スピン交換型光ポンピング(SEOP)$$^3$$He偏極システム用の小型レーザー光学系を開発し、それを用いてオンビームSEOP型$$^3$$He-NSFシステムを構築した。学会では、このシステムの内容と、更なる性能向上の取り組みについて紹介する。

口頭

還元性の模擬アルカリ性地下水環境中での炭素鋼のSCC感受性

清水 孝介*; 井上 博之*; 谷口 直樹; 坂巻 景子; 立川 博一*

no journal, , 

炭素鋼製HLWオーバーパックの、処分環境での超長期における健全性を保証するには、還元性の地下水環境中での炭素鋼のSCC感受性への溶液pHの影響を検討しておかなければならない。本研究では、pHを8から13に調製しかつArガスで脱気したNaHCO$$_{3}$$/Na$$_{2}$$CO$$_{3}$$水溶液中で、各pHでの水素発生平衡電位ならびにその近傍の電位での炭素鋼のSCC感受性を低速度歪み試験(SSRT)で測定した。SCC感受性はpH 9ならびに13近傍で極小となり、pH 11近傍で極大となった。

口頭

Development of compact laser optics for an in-situ spin-exchange optical pumping $$^3$$He neutron spin filter

奥 隆之; 林田 洋寿*; 吉良 弘*; 酒井 健二; 廣井 孝介; 篠原 武尚; 坂口 佳史*; 猪野 隆*; 大山 研司*; Chang, L.-J.*; et al.

no journal, , 

$$^3$$He-NSFは、広いエネルギー範囲の中性子に対して有効に働き、特に数十ミリeV以上の高いエネルギー領域で有効であることから、磁気励起の研究などで役立つと期待されている。また、$$^3$$He-NSFは、大きな立体角をカバーすることが出来、ほとんど散乱させることなく中性子を偏極できるので、小角散乱や反射率計の検極子としても適している。さらに、近年開発された偏極パルス中性子を用いた磁気イメージング法の実用化においても、$$^3$$He-NSFは要のデバイスとして期待されている。そこで、J-PARCのようなパルス中性子実験施設において、$$^3$$He-NSFを実用化するためには、装置を放射線の遮蔽体内に設置する必要があるため、装置を安定でかつセットアップや運転が容易なものにする必要がある。そこで、我々は体積型ホログラフィック回折格子を用いて、スピン交換型光ポンピング(SEOP)$$^3$$He偏極システム用の小型レーザー光学系を開発し、それを用いてオンビームSEOP型$$^3$$He-NSFシステムを構築した。会議では、このシステムの内容と、更なる性能向上の取り組みについて紹介する。

口頭

$$^{3}$$He中性子スピンフィルター開発の現状と今後の計画

奥 隆之; 酒井 健二; 廣井 孝介; 渡辺 真朗; 篠原 武尚; 相澤 一也; 加倉井 和久; 吉良 弘*; 林田 洋寿*; 桐山 幸治*; et al.

no journal, , 

パルス中性子散乱実験への応用を目的として、$$^{3}$$He中性子偏極フィルターの実用化研究を行っている。$$^{3}$$He中性子偏極フィルターは、広いエネルギー範囲の中性子に有効である他、発散度の大きな中性子ビームの偏極も可能であるなど、優れた特徴を兼ね備えている。これまでに我々は、Volume Holographic Grating(VHG)素子を用いて、スピン交換光ポンピング(SEOP)用の小型レーザー光学系を開発し、シンプルで使いやすいオンビームSEOP型$$^{3}$$He偏極フィルターシステムを構築した。そして、そのシステムを用いて、J-PARCのパルス中性子ビームを用いて、小角散乱装置や反射率計における偏極度解析実験、偏極中性子イメージング試験などを行ってきた。現在、このシステムの適用範囲を拡張するため、$$^{3}$$Heフィルターセルの短波長中性子対応やセルサイズの大型化、レーザー光学系他周辺技術の改良、施設整備などを進めている。学会では、開発の現状と今後の開発・整備計画について発表する予定である。

口頭

$$^{3}$$He中性子スピンフィルター開発の現状

奥 隆之; 酒井 健二; 廣井 孝介; 渡辺 真朗; 篠原 武尚; 相澤 一也; 加倉井 和久*; 吉良 弘*; 林田 洋寿*; 桐山 幸治*; et al.

no journal, , 

パルス中性子散乱実験への応用を目的として、$$^{3}$$He中性子偏極フィルターの実用化研究を行っている。$$^{3}$$He中性子偏極フィルターは、広いエネルギー範囲の中性子に有効である他、発散度の大きな中性子ビームの偏極も可能であるなど、優れた特徴を兼ね備えている。これまでに我々は、Volume Holographic Grating (VHG)素子を用いて、スピン交換光ポンピング(SEOP)用の小型レーザー光学系を開発し、シンプルで使いやすいオンビームSEOP型$$^{3}$$He偏極フィルターシステムを構築した。そして、そのシステムを用いて、J-PACのパルス中性子ビームを用いて、小角散乱装置や反射率計における偏極度解析実験、偏極中性子イメージング試験などを行ってきた。現在、このシステムの適用範囲を拡張するため、$$^{3}$$Heフィルターセルの短波長中性子対応やセルサイズの大型化、レーザー光学系他周辺技術の改良、施設整備などを進めている。学会では、開発の現状と今後の開発・整備計画について発表する予定である。

口頭

偏極Xe標的を用いた中性子-原子核スピン相関項の研究

酒井 健二; 奥 隆之; 原田 正英; 甲斐 哲也; 廣井 孝介; 林田 洋寿*; 吉良 弘*; 清水 裕彦*; 広田 克也*; 奥平 琢也*; et al.

no journal, , 

中性子基礎物理学において、弱い相互作用の増幅効果が期待できる中性子共鳴ピークでの時間反転非保存項(TRNC)の検証は重要な研究テーマである。パリティ非保存項(PNC)の増大が測定され、スピン交換光ポンピング(SEOP)法による高偏極が期待できるXeは、TRNC項検証の有力な標的候補であるものの、TRNC項と干渉すると予想される中性子-原子核スピン(s・I)相関項に関する測定データはほとんど報告されていない。我々は物質・生命科学実験施設の狭いビームラインに設置可能な小型SEOPシステムによる偏極Xe標的を開発した。さらに核破砕中性子源で得られる高強度の熱外中性子ビームを利用したs・I相関項の測定を検討し、その第一段階として$$^{129}$$Xeの9.6eV共鳴ピークでの中性子偏極能力の測定を行い、初期結果ではあるが有意な値を得た。

口頭

偏極Xe標的を用いた中性子-原子核スピン相関項の研究

酒井 健二; 奥 隆之; 奥平 琢也; 甲斐 哲也; 原田 正英; 廣井 孝介; 林田 洋寿*; 清水 裕彦*; 山本 知樹*; 猪野 隆*; et al.

no journal, , 

中性子基礎物理学において、パリティ非保存(PNC)項や時間反転非保存(TRNC)項と干渉する中性子スピン$$s$$とXe核スピン$$I$$の相関項$${bf s}cdot{bf I}$$は重要な研究テーマである。中性子共鳴ピーク付近でPNC項の増大が測定され、スピン交換光ポンピング(SEOP)法により$$10^{-2}sim 10^{-1}$$の偏極が得られるキセノン(Xe)は、本研究にとって興味深い原子核である。我々は小型SEOPシステムを用いた偏極Xe標的を開発し、$$^{129}$$Xeの9.6eV共鳴ピーク付近でのXe偏極時と非偏極時の中性子透過率比の変化$$Delta R_P$$を捕らえることで、$${bf s}cdot{bf I}$$項に起因する中性子偏極能力の測定を試みた。今回の実験では、本測定系が系統誤差となるドップラーブロードニング効果を区別できることを実証した上で、初期結果として$$Delta R_{P} approx 0.01$$の有意な値を得た。

口頭

複合核における時間反転対称性の破れ探索に向けた中性子偏極デバイスの開発

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.

no journal, , 

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ビームを活用するための重点技術として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。偏極中性子ビームは基礎物理実験での利用が盛んであり、基礎物理分野との連携は今後の$$^{3}$$Heスピンフィルターの開発に重要である。現在の素粒子・宇宙論は物質優勢宇宙がどのようにして生まれたのかを説明することができていない。これは未だ見つかっていない時間反転対称性の破れが存在することを示唆しており、偏極中性子と原子核の反応における時間反転対称性の破れを探索する実験がJ-PARCにて計画されている。そのためには1eV程度の熱外中性子を偏極するための従来にない巨大な$$^{3}$$Heスピンフィルターが必要であり、現在原子力機構では開発を進めている。また本計画の予備実験として$$^{3}$$Heスピンフィルターを使用したユーザー実験も盛んに行なっている。本発表では原子力機構における開発の現状と今後の計画について発表する。

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