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論文

ITERトロイダル磁場コイル用導体の製作技術開発

濱田 一弥; 高橋 良和; 名原 啓博; 河野 勝己; 海老澤 昇; 押切 雅幸; 堤 史明; 斎藤 徹*; 中嶋 秀夫; 松田 英光*; et al.

低温工学, 47(3), p.153 - 159, 2012/03

日本原子力研究開発機構は、ITER計画における日本の国内機関として、トロイダル磁場コイル用超伝導導体33本の製作を担当している。導体は、直径0.8mmのNb$$_{3}$$Sn超伝導素線900本,銅線522本を撚合せて、直径43.7mm,肉厚2mmのステンレス保護管(ジャケット)に収めた構造であり、長さは430m及び760mである。導体の製作は2008年から開始され、2009年12月に導体製作装置を完成させた。超伝導導体の製作開始に先立ち、760mの銅製のダミー撚線を用いて模擬導体を製作し、製作方法が適切であることを実証し、実機導体の製作に着手した。導体製作のための技術として、原子力機構のこれまでの機械特性データを元に、TF導体用ジャケット材料用の改良型SUS316LN鋼やITERが要求する微小欠陥の検出技術も開発した。ジャケットの溶接部の品質管理については部分ヘリウムリーク試験技術及び溶接部内面形状寸法測定技術を開発した。これらを含めて日本が一連の導体製作技術を各極に先駆けて確立し、ジャケットに関しては他極が製作するTF導体においても採用された。

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:77.95(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

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:81.31(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

Effect of interfacial roughness correlation on diffuse scattering intensity in a neutron supermirror

丸山 龍治; 山崎 大; 海老沢 徹*; 曽山 和彦

Journal of Applied Physics, 105(8), p.083527_1 - 083527_8, 2009/04

 被引用回数:18 パーセンタイル:39.97(Physics, Applied)

スーパーミラーを用いる中性子ビーム集光法は、反射における色収差がないのでJ-PARC等のパルス中性子源に適している。しかし、スーパーミラーからの反射ビームには入射角と反射角が等しくない散漫散乱成分が含まれる。NiC/Tiスーパーミラーからの散漫散乱強度はNi/Tiのそれよりも1桁以上小さく、集光素子への応用に適している。本研究では、Ni及びNiC膜の結晶構造とNi/Ti及びNiC/Ti多層膜の界面構造の解析を行い、スーパーミラーからの散漫散乱強度を抑えるには面内の相関長が小さく面間の相関長が大きい多層膜が有効であるという散漫散乱抑制のメカニズムを解明した。

論文

Development of high-reflectivity neutron supermirrors using an ion beam sputtering technique

丸山 龍治; 山崎 大; 海老沢 徹*; 曽山 和彦

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 600(1), p.68 - 70, 2009/02

 被引用回数:24 パーセンタイル:13.22(Instruments & Instrumentation)

原子力機構では、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スーパーミラーガイド等の製造のために、0.2m$$^2$$(500mm$$phi$$)の成膜可能面積を持つイオンビームスパッタ装置を導入し、これを用いた高性能中性子スーパーミラーの開発を行っている。その結果、NiC/Ti多層膜の導入により、Niの3, 4, 6倍の臨界角を持つスーパーミラーで臨界角においてそれぞれ90, 80, 40%の高反射率が実現されたので、その開発方法及び実験結果について報告する。

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:37 パーセンタイル:18.72(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。

報告書

JRR-3における中性子反射率計の開発

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

JAEA-Technology 2007-030, 21 Pages, 2007/03

JAEA-Technology-2007-030.pdf:4.13MB

JRR-3において新しい中性子反射率計SUIRENの開発,建設を行い、平成18年度より施設共用を開始した。SUIRENは、波長3.8$AA $の単色中性子を利用した、試料垂直配置の反射率計である。測定対象としては、形態として固体試料のほか固液界面試料が、膜構造としてはソフトマテリアル薄膜,磁性人工格子,中性子ミラーなどをはじめ、多様な試料が考えられる。ビーム強度は、角度分散$$Deltatheta$$=0.08degにコリメートしたあと、試料位置で2.1$$times$$10$$^4$$$$sim$$2.6$$times$$10$$^4$$カウント/s/cm$$^2$$程度である。また、バックグラウンドは4.5$$times$$10$$^{-3}$$カウント/sであった。テスト測定の例として、3インチ$$phi$$のシリコン基板の反射率測定では、約27時間かけて10$$^{-6}$$までの反射率が測定できることを実証した。また、偏極反射率測定モードについても実用化に向け、すでにテスト測定をはじめている。本報告では、この中性子反射率計SUIRENの開発について概説する。

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:24 パーセンタイル:27.91(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

Chopper mode of Drabkin energy filters for pulsed neutron sources

山崎 大; 曽山 和彦; 海老澤 徹*; 武田 全康; 丸山 龍治*; 田崎 誠司*

Physica B; Condensed Matter, 356(1-4), p.174 - 177, 2005/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:93.23(Physics, Condensed Matter)

Drabkin型エネルギー・フィルターをパルス中性子用高速中性子チョッパーとして使用する方法を提案する。Drabkin型フィルターは共鳴波長$$lambda^*$$の中性子のみスピンを反転させ、さらにスピン反転した成分のみ取り出すことにより中性子の単色化を行う。この共鳴波長を高速で変化させると、中性子パルスの波長と共鳴波長が一致する瞬間のみ中性子を取り出すことができる。これは全波長パルス整形モードよりもさらにパルス幅を狭く整形することが可能である。実験の結果、Drabkin型フィルターを定常で駆動したときのビーム取り出し時間1.08msに対し、チョッパーモードでは0.21msまで短縮することができた。今後、より高分解能のDrabkinフィルターを用いることでも取り出し時間をずっと短縮することができると予想される。

論文

Resonance spin-echo option on neutron reflectometers for the study of dynamics of surfaces and interfaces

山崎 大; 曽山 和彦; 海老澤 徹*; 武田 全康; 鳥飼 直也*; 田崎 誠司*; 松岡 秀樹*

Physica B; Condensed Matter, 356(1-4), p.229 - 233, 2005/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:93.23(Physics, Condensed Matter)

J-PARCの物質・生命科学研究施設で提案されている水平型中性子反射率計に付加して、表面・界面のダイナミクスを研究するためのスピンエコー・オプションの設置を検討している。これは共鳴スピンエコー法に基づくものであり、時間にして100ナノ秒オーダー以下のダイナミクスを対象としている。これにより、高分子膜における呼吸モード,高分子側鎖の運動など、薄膜中でのダイナミクスの解明が期待される。この講演では、スピンエコー・オプションの原理と特徴、並びに開発計画とその現状について報告する。

論文

中性子スピンを利用したビーム制御法・分光法の開発

山崎 大; 海老澤 徹*

波紋, 15(1), p.51 - 54, 2005/01

原研で行っている中性子スピンの時間的制御に基づいたビーム制御法・分光法の開発について概説する。中性子スピンは電気的に制御が行えるため、他のシステムと同期を取ったさまざまな電気信号による時間的制御が可能である。本稿では、Drabkin型エネルギー・フィルターをパルス中性子分光器におけるエネルギー解析器として利用することを提案し、その方法を解説する。また、スピンフリップ・チョッパーの開発とS/N比を大きく向上させるための多段式チョッパーの原理及び実証実験について紹介する。

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:9 パーセンタイル:44.08(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:58.85(Physics, Condensed Matter)

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。

論文

Development of drabkin energy filters for J-PARC project

山崎 大; 曽山 和彦; 海老澤 徹*; 田村 格良; 田崎 誠司*

Proceedings of ICANS-XVI, Volume 1, p.407 - 415, 2003/06

Drabkin型エネルギー・フィルターは、空間的中性子スピン共鳴を利用して、望みの波長を持つ中性子を取り出すものである。これをパルス中性子に適用すれば、パルスの波長バンド幅やピーク高さを犠牲にすることなく、そのバースト幅を狭め、テールをカットすることができる。本講演では、Drabkin型エネルギー・フィルターを用いたJ-PARCパルス中性子のパルス整形についてシミュレーションを行った結果について報告する。計算では段階的な磁場勾配を導入し、J-PARCで予想されるパルスの性質に対応させて磁場の時間変化をさせるようにした。この結果、結合型モデレータから得られるパルスのテールが9割程度以上除去できること,パルス幅を非結合型モデレータ並みにすることが可能なことが示された。また、フィルター内部における磁場の周期幅の揺らぎが与える影響について考察し、100周期の磁場に対して1%以下の揺らぎであればほぼ影響はないことを示した。

報告書

J-PARC計画のためのドラプキン型エネルギー・フィルターの開発

山崎 大; 曽山 和彦; 海老澤 徹*; 田崎 誠司*

JAERI-Research 2003-009, 29 Pages, 2003/03

JAERI-Research-2003-009.pdf:1.3MB

大強度陽子加速器計画(J-PARC)では大強度核破砕中性子源の建設が計画されている。この大強度中性子ビームのうち、結合型モデレータから得られるパルス中性子は、中性子強度は高いが、テールが長く、高分解能の実験には向いていない。しかし、用途によってこのテールをカットし、高分解能パルスを利用できるようになれば、実験の選択肢,分光器の可能性が大きく高まる。ドラプキン型エネルギー・フィルターは、空間的中性子スピン共鳴を利用して、磁場との相互作用でパルス整形を行なおうという装置である。本稿では、まずドラプキン型エネルギー・フィルターの主要部分であるドラプキン型スピン・フリッパーのスピン反転率を量子力学的に厳密に導出し、共鳴スピン反転の性質について詳細に記述した。さらに、ドラプキン型エネルギー・フィルターをパルス中性子用のパルス整形器として用いるための、スィープ・モードでの駆動及びサブピークの抑制について、数値計算による予測を行った。周期数10のドラプキン型スピン・フリッパーを開発し、定常モードでの特性試験を行った。結果は、計算による予測と非常によく一致し、開発したドラプキン型スピン・フリッパーが期待通り駆動していることが示された。

論文

A Large-angle cold-neutron bender using sequential garland reflections

鈴木 淳市; 田崎 誠司*; 曽山 和彦; 海老澤 徹*

Applied Physics A, 74(Suppl.1), p.S308 - S310, 2002/12

 被引用回数:7 パーセンタイル:66.77(Materials Science, Multidisciplinary)

連続的な中性子の多重反射を利用した新しいベンダーを開発し性能評価を行った。その結果、大きな角度分散を持つビームを大角度で取り出すことに成功した。このベンダーは、定常原子炉のみならず、パルス中性子源に設置することにより、より高い性能を与えることを示す。

論文

A New beam line for practical neutron optical devices

鈴木 淳市; 曽山 和彦; 田崎 誠司*; 海老沢 徹*

JAERI-Conf 2001-002, p.547 - 550, 2001/03

中性子光学素子評価を目的とする専用装置の開発を改造3号炉で進めている。ビームポートの新設のために中性子スーパーミラーを用いた中性子ベンターを開発、ビームの分岐を行う。このビームは、中性子レンズ、プリズムの評価に利用されると同時にスピンエコー極小角散乱装置の開発に供せられる。

報告書

JRR-3M冷中性子実験孔C2-3における中性子スペクトル及び中性子束の測定

川端 祐司*; 海老沢 徹*; 田崎 誠司*; 鈴木 正年; 曽山 和彦

JAERI-Research 2000-019, p.20 - 0, 2000/03

JAERI-Research-2000-019.pdf:0.83MB

研究用原子炉JRR-3Mでは、従来考えられていた冷中性子よりさらに長波長中性子を利用した新しい実験が提案されるようになってきた。このような傾向に対応するため、より長波長領域までの中性子スペクトル測定及び中性子束測定を冷中性子実験孔(C2-3)において行った。中性子スペクトルは、飛行時間法と$$theta$$-2$$theta$$法を併用することにより、従来より長波長領域まで大きく延長した波長4.5nmまで測定した。その結果、この範囲では急激なスペクトル変化はなく、この領域の中性子が利用可能であることが確認された。また、金箔放射化法による中性子束絶対測定の結果は2.3$$times$$10$$^{8}$$n/cm$$^{2}$$/sとなった。約10年前のJRR-3M建設当時の特性測定の結果と比較すると、測定位置が原因と考えられる以上の差異はなく、経年劣化による影響はほとんどないことが確認された。

論文

Experimental study on fabrication technique of a Ni/Ti supermirror using the electron beam evaporation system

曽山 和彦; 鈴木 正年; 川端 祐司*; 海老沢 徹*; 田崎 誠司*

Journal of Nuclear Science and Technology, 35(11), p.750 - 758, 1998/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:66.6(Nuclear Science & Technology)

高反射率の中性子線用Ni/Tiモノクロメータ及びスーパーミラーの開発を目的として、基板表面粗さ及び蒸着装置内酸素ガス量が、膜層構造、深さ方向の元素分布及び中性子反射率に与える影響を検討した。その結果、Ni/Tiスーパーミラーの反射率は、数A°rmsの基板表面粗さの変化に強く依存することがわかった。そして研磨ガラス基板(5.1A°rms)を用いて、ニッケルの2倍の全反射臨界角で80%の中性子反射率を有するスーパーミラーを作成することができた。また、蒸着装置内への酸素の供給により形成されたTiO$$_{2}$$及びNiOの酸化層が界面粗さを減少させ反射率を増加させることがわかった。そしてニッケルの2.6倍の全反射臨界を有するスーパーミラーで20%の反射率を増加させることができた。

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