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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

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

Measurement of the angular distribution of $$gamma$$-rays after neutron capture by $$^{139}$$La for a T-violation search

奥平 琢也; 清水 裕彦*; 北口 雅暁*; 広田 克也*; Haddock, C. C.*; 伊藤 維久也*; 山本 知樹*; 遠藤 駿典*; 石崎 貢平*; 佐藤 匠*; et al.

EPJ Web of Conferences, 219, p.09001_1 - 09001_6, 2019/12

原子核が熱外中性子を共鳴吸収する反応において、弱い相互作用起因のパリティ対称性の破れが核子間相互作用の最大10$$^{6}$$倍増幅される現象が観測されている。この反応では時間反転対称性の破れにも同様の増幅効果があることが理論的に予言されており、全く新しい手法で未知の時間反転対称性の破れを世界最高感度で探索できる可能性がある。しかし、その増幅率は全ての核種で未知であり、この手法がもつ可能性を具体的に議論できていなかった。本研究ではJ-PARC, MLF, BL04のGe検出器群を用いて、$$^{139}$$La(n,$$gamma$$)反応の角度分布測定を行い、世界で初めて$$^{139}$$Laで時間反転対称性の破れの増幅率を求めることに成功した。この結果を用いて、実験に必要な測定時間を見積もると、偏極率40%のLa核偏極技術、偏極率70%, 79atm・cmの$$^3$$He Spin Filterを用意すれば、1.4日の測定で世界最高感度で時間反転対称性の破れ探索実験が可能であることが判明した。現在原子力機構では高性能な$$^3$$He Spin Filterの開発を行なっており、本発表では$$gamma$$線の角度分布測定の結果、及び共用ビームラインに適用するための$$^3$$He Spin Filterの開発の現状について発表する。

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, 5 Pages, 2019/12

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

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

 被引用回数:4 パーセンタイル:35.83(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.

論文

Characterization of germanium detectors for the measurement of the angular distribution of prompt $$gamma$$-rays at the ANNRI in the MLF of the J-PARC

高田 秀佐*; 奥平 琢也*; 後藤 文也*; 広田 克也*; 木村 敦; 北口 雅暁*; 古賀 淳*; 中尾 太郎*; 酒井 健二; 清水 裕彦*; et al.

Journal of Instrumentation (Internet), 13(2), p.P02018_1 - P02018_21, 2018/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:84.88(Instruments & Instrumentation)

In this study, the germanium detector assembly, installed at the Accurate Neutron Nuclear Reaction measurement Instruments (ANNRI) in the Material and Life Science Facility (MLF) operated by the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC), has been characterized for extension to the measurement of the angular distribution of individual $$gamma$$-ray transitions from neutron-induced compound states. We have developed a Monte Carlo simulation code using the GEANT4 toolkit, which can reproduce the pulse-height spectra of $$gamma$$-rays from radioactive sources and (n,$$gamma$$) reactions. The simulation is applicable to the measurement of $$gamma$$-rays in the energy region of 0.5-11.0 MeV.

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:5 パーセンタイル:52.48(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

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:81.17(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:21 パーセンタイル:15.81(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。

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

$$^{3}$$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

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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