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前川 藤夫
no journal, ,
J-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)の1MWパルス核破砕中性子源(JSNS)を構成する主要機器は、平成14, 15年度からの5か年契約で発注が行われ、平成18年度末から19年度初頭の据付完了を目指し、目下製作,据付の最終段階にある。その後、平成19年度にさまざまな試運転を行い、平成20年5月には初の陽子ビームを受け入れ、中性子源の運転を開始する計画である。中性子源本体は、水銀ターゲット,3台(結合型,非結合型,ポイズン型)の極低温水素モデレータ,反射体,ヘリウムベッセル,陽子ビーム窓,中性子ビームシャッター,遮蔽体等で構成され、それぞれの機器に水銀,極低温水素,冷却水,ガス等の供給システムが備わっている。また、水銀ターゲット容器,モデレータ,ベッセル窓等は遠隔操作で交換するため、専用の遠隔操作装置や汎用のマニュピレータも同時に製作している。本発表では、これらのJSNSを構成する主要機器の製作,据付の最新状況を紹介する。
甲斐 哲也; 原田 正英; 勅使河原 誠; 鬼柳 善明*; 渡辺 昇*
no journal, ,
現在、J-PARC計画の主要施設の一つとして、1MW核破砕中性子源の建設が進められている。本発表では、中性子源に設置される3種類のモデレータのうち、パルスピーク強度と時間積分強度が高い中性子を得ることを優先して設計された結合型水素モデレータについて、その特長を紹介する。主な特長として時間積分強度空間分布が周辺部で大きくなるという点,円筒形状の採用により時間積分強度は直方型と同程度で、パルスピーク強度が向上される点について、報告する。
武田 全康; 加倉井 和久; 壬生 攻*
no journal, ,
非磁性原子であるSnの単原子層を周期的に挿入したCr(001)/Sn多層膜では、Cr元素が固有に持つフェルミ面のネスティング効果と、Snを挿入したことによる人工的な周期的境界条件との競合によって、バルクとは異なるスピン密度波(SDW)が誘起される。最も大きな特徴は、Sn層によるCrの磁気モーメントのピンニング効果によって、SDWの腹がSnの位置に固定されることである。一方で、本質的にCrのSDWの波長を決定するネスティングベクトルの大きさは温度変化をするため、両者の競合により、SDWの波長が温度変化により不連続に変わること(Phase slip transition)が期待される。10.2nmの人工周期をもつCr/Sn多層膜について、JRR-3のTAS-1とTAS-2分光器を使ってこの相転移の詳細を調べたので、その実験の詳細と結果を報告する。
中川 洋; 城地 保昌*; 北尾 彰朗*; 柴田 薫; 郷 信広; 片岡 幹雄
no journal, ,
タンパク質のボソンピークや動力学転移の水和効果を中性子非弾性散乱により調べた。極低温では3
4meVにボソンピークが観測され、ピーク位置は水和により高エネルギー側へシフトすることがわかった。ボソンピーク近傍のスペクトルが示すタンパク質の低振動モードは調和振動的であり、ピークのシフトからそのばね定数は水和量が多いほど大きくなると言える。これは水素結合を介した水和水とタンパク質の相互作用によってタンパク質の低振動モードのエネルギー地形がより凸凹になったことに起因し、このことはシミュレーションからの理論的な予測(Y.Joti et al.,2005)と一致する。一方、水和量が約0.2(g water/g protein)以上で240K付近において動力学転移が観測された。なぜ動力学転移が水和依存的に生じるのかを調べるために、中性子散乱の同位体効果を利用して水和水のダイナミクスを直接観測した。その結果、転移温度以下の低温では水和量に関係なくタンパク質と水分子の揺らぎの大きさはほぼ同じであった。また転移が生じない低い水和量の場合では転移温度以上でもやはりタンパク質とほぼ同じであった。一方、動力学転移が生じる時には同時に水和水の揺らぎが大きくなっていることが明らかになった。高い水和量で生じるタンパク質表面の水分子の特異的なダイナミクスが、タンパク質と水分子の界面に存在する水素結合ネットワークを介してタンパク質の振動モードと相互作用し、その結果動力学転移が生じると考えている。
栗原 和男; 玉田 太郎; 大原 高志; 黒木 良太
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BIX-3, 4(原子力機構
JRR-3)を用い、2006年度は茨城大学田中助教授ら、大阪府立大学木下助手らと共同で下記タンパク質の中性子回折データを収集し、現在構造精密化中である。ブタ膵臓インスリン(正方晶)では2.5
分解能のデータを得た。この晶系で観測されるpHに依存したヒスチジン残基のコンフォメーション変化をそのプロトン化状態から解析していく。同タンパク質2Zn含有型結晶では2.0分解能のデータを得た。インスリンは膵臓でZnイオンと結合した6量体で保存される一方、単量体の形でホルモンとして働くため、正方晶と2Zn含有型での構造比較から生物作用on/off機構の理解を目指す。ウシ膵臓リボヌクレアーゼA(RNA加水分解酵素)では1.5の高分解能データを取得した。その触媒,基質認識機構での水素・水和水の役割を解明する。ブタ膵臓エラスターゼ(1.75分解能データ取得)はセリンプロテアーゼの一種で各種炎症性疾患を引き起こし、その阻害剤開発のため構造を基盤とした創薬研究に使われてきた。これは中性子回折法で解析する初めての薬物標的タンパク質で、薬物・タンパク質間相互作用を中性子解析で検証する重要な例となると思われる。
松田 雅昌
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フラストレート反強磁性体は、磁性と構造の自由度が相互に深くかかわり合い、興味ある現象を示すことが大きな特徴である。われわれは、JRR-3の三軸型中性子分光器TAS-1に設置された三次元偏極解析装置(CRYOPAD)を利用して、これらフラストレート反強磁性体の複雑な磁気構造の詳細解析を行っている。今回は、過去2, 3年間に得られた新しい結果の報告を行う。一つがスピネル磁性体CdCr
O
に関する研究であり、Crモーメントが
面内で楕円スパイラル構造を示すことを示した。もう一つはマルチフェロイック物質TbMnO
に関する研究であり、MnモーメントがSDW相からスパイラル相へ連続的に変化することを、偏極度の非対角成分の測定により初めて明らかにした。
N
微粒子の偏極中性子回折法による磁気形状因子の測定石井 佑弥; 老谷 聖樹; 武田 全康; 加倉井 和久; 菊池 隆之; 奥 隆之; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 佐々木 勇治*; 岸本 幹雄*; et al.
no journal, ,
現在使用されている磁気テープ材料は粒径100nm程度の針状メタルが使用されているが、さらに高容量化・高密度化のために微細化又は球状化が必要である。窒化鉄FeNは最近20nm程度の球状試料が得られるようになり、次世代の磁気テープ材料として有望である。ところが、一般的に強磁性体が微粒子状になると熱振動により自発磁化が減少し、磁気モーメントの値が小さくなることが知られている(超常磁性)。さらに、磁気テープ材料としてのFeNは酸化防止のためラミネート層を持っており、通常の磁気測定法では正確な磁化の値を決めることが難しい。そこでFeN微粒子の正確な磁気モーメントの大きさを決定するために、偏極中性子回折法を用いた磁気形状因子の測定を行った。実験は試料に1Tの磁場をかけて磁化を飽和させて行った。スピンフリッパーを用いて飽和磁化と中性子スピンの向きを平行(ON)/反平行(OFF)にすることで回折強度に差が現れる。もし結晶構造因子が既知であれば、ON/OFFの各ピークでの反転比(flipping ratio)を測定することで磁気形状因子を求めることができる。
鉄及びCoFeの磁気形状因子の測定老谷 聖樹; 石井 佑弥; 武田 全康; 加倉井 和久; 菊池 隆之; 奥 隆之; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 横山 淳*; 西原 美一*; et al.
no journal, ,
磁気テープへの応用という観点から、強磁性微粒子に対する注目が集まっている。偏極中性子回折法は微粒子の磁化を決定するのに有望と思われるが、これまであまり例のない粉末に対する偏極中性子回折実験を行い、磁気形状因子を測定し、磁化を決定した。試料として典型的な強磁性体である鉄と、磁気テープとして既に実用化されているCoFeの微粒子を選んだ。実験では、試料に10kOeの磁場を散乱ベクトルに垂直にかけ、試料の磁化を飽和させた。偏極中性子回折では磁化ベクトルと中性子スピンの向きが平行か反平行かで回折強度に差が現れる。その回折ピークの反転比Rを測定することで、結晶の(原子核)構造因子が既知であれば、磁気形状因子を求めることができる。一般に回折強度は、装置の分解能や試料の形状などによる補正を受けるが、反転比Rではそのような補正係数が打ち消され、測定精度はほとんど統計誤差のみとなり磁気形状因子を精度よく求めることができる。この実験により、純鉄の磁化が、ほぼ文献値の2.15Tであることが確かめられた。偏極中性子粉末回折法による磁気構造解析の有用性、及びその信頼性についてCoFeの結果も併せて報告する。
朝岡 秀人; 武田 全康; 山崎 大; 山崎 竜也; 田口 富嗣; 社本 真一; 鳥飼 直也*
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SrTiO
のテンプレートとなるSrやSrO薄膜と、Si基板との格子不整合の緩衝域として水素単原子によるバッファー層を挿入し、12%の格子不整合を克服した薄膜成長に成功した。本研究では、埋もれた微小領域の水素界面層を実測する目的で、水素界面層を重水素に置換し中性子に対するコントラストを変化させ、解析精度を上げた中性子反射率測定を行うとともに、多重内部反射赤外分光(MIR-FTIR)法を用いたその場観察による基板直上の埋もれた水素・重水素界面での原子振動・結合状態の精密評価や、透過型電子顕微鏡(TEM)による不整合界面の構造評価を行っている。これら複合的な手法による埋もれた界面解析の試みを紹介する。
Sb
におけるラットリングの可視化金子 耕士; 目時 直人; 木村 宏之*; 野田 幸男*; 松田 達磨; 神木 正史*
no journal, ,
大きなカゴに内包された原子が示す特異な熱振動「ラットリング」が、カゴ状構造を持つスクッテルダイト化合物PrOsSbにおける非磁性の重い電子系超伝導の発現に重要な役割を担っていると報告された。原子核により散乱される中性子は、熱振動の検出に高い感度を有している。そこで中性子回折により詳細な構造を調べた。単結晶中性子回折実験は、3号炉に設置された4軸回折装置 FONDERで行った。最小二乗法による構造解析から、室温でのPrの熱振動パラメーターが他の構成元素と比べて5倍以上と非常に大きく、平均変位で0.2に及ぶことを明らかにした。異方性などの詳細を調べる目的で、PRIMAを用いた最大エントロピー法(MEM)による解析を行った結果、空間的に大きく拡がるPrの核度密度分布が、
111
方向に伸びた異方性を有していることを明らかにした。さらに最大密度が、オフセンター位置にあることを見いだした。一方で低温の8Kでは、Os, Sbと比較してその分布は拡がってはいるが、分解能の範囲で異方性はなく、重心がカゴの中心にあることを明らかにした。
MnO
における磁場誘起誘電相転移と格子不整合-整合磁気相転移木村 宏之*; 脇本 秀一; 鎌田 陽一*; 野田 幸男*; 加倉井 和久; 金子 耕士; 目時 直人; 近 圭一郎*
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MnO(
rare earth, Bi, Y)は巨大電気磁気効果(CMR効果)を示す物質として知られている。CMR効果を示す物質の共通な性質として、磁気秩序と誘電秩序が共存するマルチフェロイック状態があるが、二つの秩序の微視的な相関はまだ明らかにされていない。われわれはその微視的相関を明らかにするために、磁場中中性子回折実験を行って、磁場誘起微視的磁性と誘電性との関係を調べた。その結果、磁場印加によって強誘電相が出現するHoMnOと、それとは逆に強誘電相が消失するErMnOにおいて、誘電相転移と同時に格子不整合-整合磁気相転移が起こることを見いだした。得られた結果から誘電性と磁性の温度-磁場相図を描いてみると、誘電性及び磁性における相境界が完全に一致し、格子整合磁気相でのみ強誘電相が現れることがわかった。このことは、この系で現れる誘電相転移が磁気相転移によって引き起こされ、さらに強誘電相にとって格子整合磁気構造が必須であることを示している。
樹神 克明; 飯久保 智; 田口 富嗣; 社本 真一
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原子対相関関数に対するナノ粒子の有限サイズ効果をさまざまな形状の粒子について、連続体近似を用いて動径分布関数を計算することによって議論した。その結果対相関関数や動径分布関数のふるまいが粒子のサイズ及び形状に依存することがわかった。さらに一般的な回折理論の考察から、この有限サイズ効果を取り入れた対相関関数を用いた構造解析手法(PDF解析)に用いる公式を導出した。このときこの公式内に含まれる補正因子が小角散乱で観測される散乱関数と関連するものであることも同時に証明した。またこうして得られた公式が実際に実験結果を再現できることも確認した。
梶本 亮一; 横尾 哲也*; 中島 健次; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 鈴谷 賢太郎; 猪野 隆*; 大山 研司*; et al.
no journal, ,
4次元空間中性子探査装置(4SEASONS、四季)は大強度陽子加速器(J-PARC)の核破砕中性子研究施設に建設されるチョッパー型非弾性散乱装置の一つである。本装置は高温超伝導体及び関連物質のダイナミクスの研究を目的としており、入射エネルギー範囲(
-300meV)や分解能(エネルギー遷移
のとき
-6%)はこれらの系の観測に必要十分な値を選択している。このように分解能を緩和し、かつ高効率の中性子光学デバイスを備えることで試料位置での高い中性子束を実現する。さらに、新型Fermiチョッパー(MAGICチョッパー)によるRRM法測定によって測定効率のさらなる向上を図り、併せて既存のチョッパー型分光器に比べて2桁高い測定効率の実現を目指している。本発表では、本装置の予想性能及び、最近の開発状況について紹介する。
梶本 亮一; 中島 健次; 中村 充孝; 曽山 和彦; 横尾 哲也*; 及川 健一; 新井 正敏
no journal, ,
4次元空間中性子探査装置(4SEASONS、四季)は大強度陽子加速器(J-PARC)の核破砕中性子研究施設に建設されるチョッパー型非弾性散乱装置の一つである。この装置での減速材-試料間の距離(
)は18m、入射中性子のエネルギー範囲は5-300meVであるが、試料位置での中性子線束を増強するために減速材-試料間に収束形状の中性子スーパーミラー・ガイド管を備える予定である。本研究ではMcStasによるモンテカルロ・シミュレーションなどにより、ガイド管のデザインについて検討した。その結果、楕円形状のガイド管配置をとることにより、上記の広いエネルギー範囲にわたって十分な強度ゲインが得られることがわかった。
Y
MnOの電気分極と磁気構造梶本 亮一; 横尾 哲也*; 古府 麻衣子*; 野田 耕平*; 桑原 英樹*
no journal, ,
MnOは長周期磁気秩序相で強誘電性を示すことで最近注目されているが、その多くでは自発電気分極
は長周期磁気秩序がらせん秩序となる時に出現している。EuYMnOは
K以下で反強磁性転移を示す。
K以下で
軸に平行な自発電気分極が生じるが、その向きは
K以下で
軸方向へと変化する。この電気分極の変化と磁気構造の関係を実験的に調べるためにEuYMnOの単結晶試料に対して中性子回折実験を行った。磁気反射は
, 
の位置に観測された。散乱ベクトル
が軸にほぼ平行な
と
軸にほぼ平行な
の2つの磁気反射強度の温度変化の比較から磁気構造の変化を考察した。両者ともに
, 
で変化が見られ、の向きの変化に対応してスピンの向きが変化していることがわかった。らせん秩序及びサイン波秩序を仮定したモデルを元に2つの磁気反射強度を解析し、の向きとの関係について考察した。
Harjo, S.; 盛合 敦; 白木原 香織; 鈴谷 賢太郎; 鈴木 裕士; 高田 慎一; 森井 幸生; 新井 正敏; 友田 陽*; 秋田 貢一*; et al.
no journal, ,
J-PARCのMLFにおいて、材料科学や工学に関する、応力・ひずみ及び結晶学的な構造などを含めたさまざまな問題を解決するために、原子力機構が主体となって工学応用回折装置である新材料解析装置の建設・整備を進めている。本装置はデカップル・ポイゾンHモデレータをのぞみ、適用波長範囲では良い対称性と狭い幅の回折プロファイルを実現する中性子を利用する。本装置のL1及びL2はそれぞれ40m及び2.0mで、主検出器を90deg散乱角に設置する。長いフライトパスによるビーム損失と速中性子や
線からのバックグラウンドを低減させるために、湾曲中性子ガイド管を上流部に取り入れ、下流部に上下エリプティカル・テパードの直導管を取り入れる。本装置の最適化はモンテカルロシミュレーションMcStasを用いて行い、5.0mm以下のゲージ幅の試料に対して、0.2%以下の分解能を確保できる。本装置は応力・ひずみ測定だけでなく、微小領域の粉末回折実験や製造プロセスでの回折実験にも適用することが十分に可能である。本装置の測定効率はRESAに比べて1-2桁程度と予想され、SNS-VULCANと十分競争することができる。
日下 勝弘; 大原 高志; 田中 伊知朗*; 新村 信雄*; 栗原 和男; 細谷 孝明; 尾関 智二*; 相澤 一也; 森井 幸生; 新井 正敏; et al.
no journal, ,
茨城県が原子力機構の協力のもとJ-PARC, MLFに建設を開始した生命物質構造解析装置(BIX-P1)は最大格子長約150の単結晶試料の回折データが測定可能で、現存する最高性能の生体高分子用中性子回折計BIX-3,4(JAEA)の100150倍の測定効率を目指している。本装置はこの高い測定効率を実現するため、結合型減速材を配するビームラインに設置される。しかし、結合型減速材からの中性子ビームはパルス時間幅が広く、隣接する反射が時間・空間方向に重なりを示すことが予想される。よって、装置設計パラメータはこのブラッグ反射の重なりとその分離を考慮し決定しなければならない。そこで、われわれは回折計の設計パラメータをもとにTOF回折データをシミュレーションする3つのプログラムを独自に開発し、(1)反射重なりシミュレーションによる光学系パラメータと試料-検出器間距離の検討,(2)ブラッグ反射の収率シミュレーションによる最適な検出器配置と高効率な測定方法の検討,(3)ブラッグ反射の時間方向のプロファイルシミュレーションによる反射分離方法の考察を行った。本発表ではそれぞれの検討・考察の結果を報告する。
MnGa系単結晶における磁場誘起マルテンサイト変態と温度依存性マルテンサイト変態の比較井上 和子*; 山口 泰男*; 石井 慶信; 山内 宏樹; 平賀 晴弘*
no journal, ,
ホイスラー型off-stoichiometric合金Ni
Mn
Ga
の単結晶について、磁場誘起マルテンサイト変態と温度下降による通常の熱弾性型マルテンサイト変態の様子を比較検討した。この合金は、293K付近に熱弾性型マルテンサイト変態点とキュリー点を合わせ持ち、マルテンサイト相(低温相)では強磁性,母相(高温相)では常磁性となっている。293K, 10Tまでの磁場下測定を日本原子力研究開発機構の三軸分光器TAS-2で、293K-130K、無磁場での温度変化測定をJRR-3ガイドホールの三軸分光器AKANEで行った。どちらの場合も母相であるcubic構造0,2,0周りの
,
,0逆格子面上で
-scan を行った。293Kにおける10Tの磁場と、293Kよりも14K低い温度279Kは、ほぼ同じ散乱パターンが得られた。また、cubic 0,2,0のまわりに新しく現れた強いピークは、低温相orthorhombic構造の2,0,0及び0,0,2に対応することがわかった。さらに、orthorhombic構造の0,2,0ピークはcubic 0,2,0とほぼ同じ位置にある。これらの実験結果から、マルテンサイト変態に対する磁場の効果は、温度下降とほぼ同じ効果を持つことが明らかとなった。
深澤 裕; 井川 直樹; 山内 宏樹; 石井 慶信
no journal, ,
JRR-3に設置されている中性子回折装置(HRPD及びHERMES)と米国オークリッジ国立研究所のHFIRに設置されている回折装置(WAND)を用いて、氷のプロトンが秩序化して強誘電体の構造へと変化する現象を研究した。各々の回折装置の特色を生かして、プロトンの配置の詳細,秩序過程のカイネティクス,高い秩序度を発生させるために要する温度条件等、これまで不明であったプロトンの挙動の全容を調査した。特に、秩序化を促す要因として、水酸化物,酸や塩等の不純物,線照射等の効果を分析し、イオン欠陥や水素結合上のプロトンの欠陥(L欠陥等と呼ばれる)と秩序化の関係を調べた。これらの研究結果に基づくと、冥王星に代表される氷天体群は、自然にプロトンの配置が秩序化した強誘電体氷である可能性が高いものと考えられる。この強誘電体氷の存在の有無は、近い将来、冥王星探査機による調査から明らかになるだろう。
O
の中性子散乱研究加倉井 和久; 池田 直*; 永井 聡*; 松田 雅昌; 石井 慶信; 大和田 謙二; 稲見 俊哉; 吉井 賢資; 村上 洋一*; 鬼頭 聖*; et al.
no journal, ,
電荷秩序したLuFeOにおける異常磁気秩序過程が改3号炉に設置されたTAS-1及びTAS-2を使用した中性子散乱実験により明らかにされたので、報告する。この物質では鉄イオンが六方称の二重層を構成する。鉄イオンが三角格子の配列を持つにもかかわらず、フェリ磁性的な成分を持つ強い2次元的反強磁性相関が存在し、T
=242K以下で3次元秩序を起こす。さらにT
=177Kで層間の秩序が崩れ、新しいスピン凍結状態を示唆する磁気散乱が観測される。Tにおける磁気秩序変化は顕著なヒステレジスを示すことが明らかにされた。またc-軸方向に磁場をかけると、Tが低温に変化し、3T以上の磁場ではこの異常が消失することが観測された。