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論文

京大加速器中性子源(KUANS)のためのリエントラントホールを有する減速材の設計

沖田 将一朗; 田崎 誠司*; 安部 豊*

日本原子力学会和文論文誌, 19(3), p.178 - 184, 2020/09

京都大学加速器中性子源(KUANS)は、現在国内で稼働している小型加速器中性子源の一つであり、分光器や検出器の開発に活用されている。さらにKUANSは、比較的低い中性子発生強度のため、減速材設計に関する実験研究に適した施設でもある。KUANSのビーム強度の増加を図るため、リエントラントホールを有する減速材の核設計を実施し、KUANSを利用して設計の妥当性を確認する実験を行った。PHITSを用いた計算によって、リエントラントホールを有するポリエチレン減速材の核設計を実施し、その減速材から得られるビーム強度を実験的に測定したところ、これまで使われていた直方体形状の減速材を用いた場合の1.9倍のビーム強度が得られた。さらに直方体形状の減速材から得られるビームに対する波長毎のビーム強度比は、波長の長い中性子ほど増加し、最大で3倍程度になった。興味深いことに、減速材にリエントラントホールを設けることにより、長い波長の中性子ほどより効率的に減速材の中から取り出されることがわかった。

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:20.64(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

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:6.49(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:6.49(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

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:10 パーセンタイル:57.33(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:40.1(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

Recent activities and progress on PORE reflectometer

武田 全康; 鳥飼 直也*; 猪野 隆*; 田崎 誠司*

KENS Report-XIV, p.205 - 206, 2003/00

高エネルギー加速器研究機構・物質材料研究所に設置されているPORE偏極中性子反射率計の現状と最近のアップグレードについて報告する。偏極中性子の特徴を活かした磁性薄膜・人工格子の磁気構造の研究を進めるとともに、J-PARC計画で重要となる偏極中性子デバイスの開発も始めた。大きなものとしては、Spin-Exchange法を使った$$^{3}$$He偏極フィルターと、パルス中性子を使ったスピンエコー法の開発である。前者はすでに基礎的な開発が終わり、実際のテストを進める準備を行っているところである。後者は、0.3-0.9nmの波長域でエコーシグナルの観測に成功している。また、偏極中性子集光デバイスを導入することにより、0.8nm以上の波長域で、最大5倍の入射強度の増強に成功した。

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:32.47(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:5 パーセンタイル:44.99(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。

論文

Neutron reflectometer (C3-1-2) at the JRR-3M reactor at JAERI

海老沢 徹*; 田崎 誠司*; 大竹 淑恵*; 船橋 晴彦*; 曽山 和彦; 鳥飼 直也*; 松下 裕秀*

Physica B; Condensed Matter, 213-214, p.901 - 903, 1995/00

 被引用回数:37 パーセンタイル:86.43(Physics, Condensed Matter)

JRR-3の冷中性子導管(C3-1-2)に設置された中性子反射計の特性及び応用について報告する。中性子反射計は、鏡面化した試料の表面で中性子を全反射させ、中性子反射率の遷移運動量依存性を測定することにより、試料表面に垂直方向の原子配列についてナノメータ領域で情報が得られる装置である。本装置の特長は、入射中性子波長が12.6$AA$であることから、大きな入射角での測定が可能で、低い遷移運動量領域での研究及びオフ・スペキュラーな現象に関する研究に有利である。本装置における試料は、垂直方向に設置される。本報告では、本装置を用いたV/Ti多層膜及び高分子共重合体の研究例についても述べる。

論文

Transmission characteristics of a supermirror bender

曽山 和彦; 鈴木 正年; 古平 恒夫; 海老沢 徹*; 川端 祐司*; 田崎 誠司*

Physica B; Condensed Matter, 213-214, p.951 - 953, 1995/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:10.87(Physics, Condensed Matter)

スーパーミラー中性子ベンダーの試作及びその中性子透過特性測定を行った。設計仕様は、特性波長5$AA$、曲率半径1660mm、全長48.4mm、ビーム有効サイズは巾12mm高さ55mmである。本装置の構造は、シリコン基板の両面に蒸着したNi/Tiスーパーミラー20組を0.3mm間隔でスリット状に配列したものである。本装置は従来のニッケル鏡の2倍の臨界角を有するスーパーミラーを応用することにより曲率半径の極小化を、また、シリコン基板を用いることにより中性子透過率の向上を可能とした。中性子透過特性測定をJRR-3Mのビーム実験装置を用いて行った。その結果、特性波長5.2$AA$、ビーム偏向角1.6°、中性子透過率76%(12.6$AA)$を得た。また、これらの結果は、モンテカルロ法による設計計算と良い一致を示した。

口頭

中性子スピン干渉計による電流密度分布可視化の試み

林田 洋寿; 山崎 大; 海老沢 徹*; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 竹中 信幸*; 影山 将史*; 田崎 誠司*; 日野 正裕*; 川端 祐司*; et al.

no journal, , 

近年偏極中性子を用いたイメージングにより、空間的磁場分布を可視化する研究が行われているが、この方法ではアナライザーの透過強度によってコントラストを得るため、試料中での減極と歳差回転とが区別できない。一方、中性子スピン干渉計(Neutron Spin Interferometer, NSI)では減極と歳差回転はそれぞれNSIシグナルの振幅と位相として得られるので、NSIをイメージングに適応することでこれらを区別する研究も行われている。電流の作る磁場をNSIの位相で観測することも可能であり、一つの応用例として固体高分子型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell, PEFC)の面内電流密度分布の観測がある。そこでPEFCへの応用を見据えて、電流の作る磁場に対するNSIの感度テストを行った。テストサンプルとして、直径1mm,長さ20mmの導線に100mA, 1Aの電流を流したものを用いた。電流による磁場を位相で観測することに成功した。

口頭

中性子スピン干渉計による磁気イメージングの試み

林田 洋寿; 山崎 大; 海老沢 徹*; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 飯倉 寛; 安田 良; 酒井 卓郎; 松林 政仁; 竹中 信幸*; et al.

no journal, , 

中性子は磁気モーメントを持つため磁場中で歳差回転を行う。磁場分布がある場合、その分布に応じて歳差回転角にも分布が生じる。この性質を利用して、偏極中性子を用いて空間的磁場分布を可視化する研究が近年行われている。この手法は非破壊で試料内磁場分布の可視化を可能とする技術として注目を集めている。しかしこの方法では、アナライザーの透過強度によってコントラストを得ているため、偏極中性子の試料中での減極と歳差回転とを区別することは困難である。一方、中性子スピン干渉計(Neutron Spin Interferometer:NSI)では減極と歳差回転とはそれぞれNSIシグナルの振幅と位相として得られる。したがって、NSIをイメージングに適応することでこれらを区別し、さらに定量的な可視化の可能性が期待される。応力による磁気的ひずみのある磁性体や、電流の作る磁場などでは、減極と歳差回転とを生じさせる磁場が混在していると考えられる。このような試料に対してNSIによるイメージングの有効性を示すことを目的として、テストサンプルを用いて基礎データの取得を行った。実験の結果、応力による磁性体の磁気構造の崩れや、電流密度分布の可視化に成功した。

口頭

中性子ラジオグラフィの磁場イメージングへの展開

林田 洋寿; 山崎 大; 海老沢 徹*; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 飯倉 寛; 安田 良; 酒井 卓郎; 松林 政仁; 竹中 信幸*; et al.

no journal, , 

中性子は磁気モーメントを持つため磁場中で歳差回転を行う。磁場分布がある場合、その分布に応じて歳差回転角に分布が生じる。この性質を利用して、偏極中性子を用いた空間的磁場分布を可視化する研究が近年行われている。この手法は、非破壊で試料内磁場分布及び電流密度分布の可視化(電流の作る磁場を観測することで)を可能とする技術として注目を集めている。このような背景の中、われわれは中性子スピン干渉計を用いて磁場イメージングを試みた。磁性薄膜と直流電流を流したアルミ線をテストサンプルとして、それぞれ応力を受けた磁性薄膜の磁気構造変化、及び電流密度の可視化に成功した。

口頭

中性子スピン干渉計による磁場イメージング

林田 洋寿; 山崎 大; 海老沢 徹*; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 飯倉 寛; 安田 良; 酒井 卓郎; 松林 政仁; 竹中 信幸*; et al.

no journal, , 

中性子は磁気モーメントを持つため磁場中でラーマー歳差回転を行う。磁場に分布がある場合、その分布に応じてラーマー歳差回転角にも分布が生じる。この性質を利用して、偏極中性子を用いて空間的磁場分布を可視化する研究が近年行われている。このような手法は非破壊で試料内部磁場分布の可視化や、電流密度分布の可視化を可能とする技術として、多様なニーズが期待される。このような背景の中、われわれは中性子スピン干渉計によって以下の2つのテストサンプルに対して磁場のイメージングを試みた。一つは、磁性薄膜を折り曲げることで応力を加え、折り曲げ有りなしで磁性薄膜中の磁場分布の変わる様子の観察を試みた。もう一つはアルミ線に直流電流を流し、電流の作る磁場を観測してビオ・サバールの法則から電流密度を求めることを試みた。実験の結果、磁性薄膜サンプルでは折り曲げた部位において飽和磁化の減衰が観測され、アルミ線サンプルでは観測した磁場から電流密度を求めることに成功した。また、中性子スピンのラーマー歳差回転は中性子の波長と磁場積分に依存している。そのため、中性子スピン干渉計の磁場分解能は、波長分解能及びビーム発散角から生じる試料中での経路分散に依存する。パルス中性子では飛行時間法によって波長分解されるため、原子炉に比べて中性子スピン干渉計の磁場分解能向上が期待される。モンテカルロシミュレーションによって磁場分解能を見積もった結果、原子炉では測定が困難である数10[Tesla$$times$$mm]の磁場積分を持つ試料に対して、測定可能であることがわかった。

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