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報告書

金属基板スーパーミラーの特性評価

田村 格良; 加島 洋一; 曽山 和彦

JAEA-Research 2014-029, 12 Pages, 2015/03

JAEA-Research-2014-029.pdf:1.89MB

炉心近傍に設置された中性子導管は、ガラス基板に含まれるホウ素と中性子の(n,$$alpha$$)反応や、$$gamma$$線による励起や電離作用等によって長期間の照射の後に損傷を生じる。本研究では、耐放射線性を有する中性子導管を開発するために、中性子導管を構成する中性子ミラー基板に関してアルミニウムにニッケルを電着した基板を用いて耐放射線性スーパーミラーを試作し、その表面粗さ及び平坦度をZYGO干渉計, X線反射率計及び中性子反射率計を用いて特性評価を行った。その結果、基板の表面粗さ0.2-0.3nm(rms)、m=3スーパーミラーで中性子反射率が76%の非常に高い性能を有していることを確認した。

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:23 パーセンタイル:27.07(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

Development of a thermal neutron focusing device using neutron supermirrors

長壁 豊隆; 曽山 和彦

Review of Scientific Instruments, 76(7), p.073102_1 - 073102_5, 2005/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:70.87(Instruments & Instrumentation)

中性子の集光は、試料が非常に小さくなってしまう極端条件下の実験において不可欠な手法となる。この論文では、三軸型中性子散乱装置で使用するための熱中性子集光デバイスの開発について報告する。開発した集光デバイスは全長400mmのコンパクトなもので、三軸分光器の第二コリメーターと試料の間に設置され、焦点距離はデバイス下端から150mmとなる。デバイスは円形状の3m仕様NiC/Ti製スーパーミラーを全18枚持ち、各円形状ミラーの延長は試料位置に一致する。中性子は各ミラーの内面を等角度で連続的に反射され、焦点位置、つまり試料位置に到達する。実際の集光試験の結果から、30.5meV以下の中性子ビームに対して試料位置で2倍以上のゲインがあることがわかった。

論文

Performance of upgraded thermal neutron guides with supermirrors at JRR-3

田村 格良; 鈴木 正年; 羽沢 知也; 盛合 敦; 堀 直彦; 笹島 文雄; 曽山 和彦

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.234 - 237, 2004/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:72.31(Instruments & Instrumentation)

JRR-3熱中性子導管のNiミラーからNi/Tiスーパーミラーへの改良を行った。その際、スーパーミラーに改良した中性子導管により導かれた中性子ビームの特性試験を行った。2003年の3月に中性子導管末端での中性子の強度は金箔を用いた放射化量を測定することにより求めた。その結果、熱中性子導管末端で以前より6倍の強度になっていることを確かめた。また、熱中性子導管の末端での中性子ビームのスペクトルはTOF測定法を用いて測定した。改良に伴い中性子ビームの波長範囲が広がり、特に改良前に中性子導管の曲率による特性で輸送できなかった短波長の中性子ビームが観測されることとなった。熱中性子導管により導かれた中性子ビームの性能評価の目的のために、McStasを用いたモンテカルロシミュレーションを行った。スーパーミラーの特性は使用している中性子導管の測定値を使用することと実際の設置誤差を入力することにより実際の条件に近い計算を行い、熱中性子導管の計算値と実験値の比較を行った。計算によって得られた値は実験値を再現することを明らかにした。このことにより、TOF測定法を用いることができない中性子ビームポートの中性子スペクトル評価を行うことが可能となった。

論文

Reflectivity enhancement of large ${it m}$-Qc supermirror by ion polishing

曽山 和彦; 角田 治彦*; 村上 勝彦*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.73 - 77, 2004/08

 被引用回数:4 パーセンタイル:65.86(Instruments & Instrumentation)

イオンポリッシュ法をNi/Ti多層膜スーパーミラーに適用し、高反射率化に成功した。実験は、イオンポリッシュ条件として、Ar$$^{+}$$イオンの照射時間,加速電圧,イオン入射角度を最適化した。これに基づき、3Qcスーパーミラー(407層)についてNi層のみにイオンポリッシュ法を適用したところ、臨界角での中性子反射率を80%から90%に増加させることができた。

論文

Analyses of diffuse scattering of neutron from supermirror

Bin, C.; 曽山 和彦

JAERI-Conf 2001-002, p.592 - 599, 2001/03

多層膜スーパーミラーからの非鏡面反射の解析を行った。多層膜は、薄膜面内及び多層膜の面間の粗さ成分の相関に伴う散漫散乱を起こす。この成分は、多層膜スーパーミラーを微小領域への集束装置として応用する際の性能劣化の原因となる。本手法は、基本的に単層膜に対してSinhaらが適用したDWBA近似法を使用し、これに多層膜間での干渉を考慮した。この結果、界面粗さ$$sigma$$、粗さの相関距離$$xi$$、粗さの指数hを元にした相関関数をパラメータとすることにより、界面粗さ、多層膜間の相関を減少させることによって、散漫散乱を低減できることがわかった。

論文

Development and application of small d-spacing multilayer mirrors by ion polishing

曽山 和彦; 村上 勝彦*

JAERI-Conf 2001-002, p.551 - 556, 2001/03

極短周期(周期長26$$sim$$30${AA}$)のNi/Ti及びNi/Mn多層膜の各界面にアルゴンイオンビームを照射し、600層の全膜層にわたって界面粗さを3$$sim$$4${AA}$ rmsに低減することに初めて成功した。本手法はイオンビームスパッタリング法によって成膜した多層膜の各膜ごとに、入射角10度、照射時間69秒(Niの場合)、加速電圧100Vの最適化した条件で照射することにより、表面層の結合力の弱い原子のみを弾き飛ばし、界面粗さを低減するものである。これによって、従来、7${AA}$程度であった界面粗さを約3Å程度に減少させることができ、中性子多層膜ミラーの中性子反射性能を飛躍的に向上させることができた。本手法で作成した多層膜ミラーは、高性能スーパーミラー及びモノクロメータとして用いられるだけでなく、高強度マイクロビーム集束装置、ドップラーシターに応用した超冷中性子発生装置など、さまざまな応用の可能性を有している。

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:2 パーセンタイル:73.05(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。

報告書

イオンビームスパッタリング法によるNiC/Ti多層膜中性子スーパーミラーの作成とその特性

曽山 和彦; 鈴木 正年; 海老沢 徹*

JAERI-Research 98-067, 61 Pages, 1998/10

JAERI-Research-98-067.pdf:6.88MB

本研究は、Ni/Tiスーパーミラーの高反射率化を目的として、Ni膜にCを混入させることにより、Ni/Ti多層膜の界面粗さを低減させ、反射率を増加させるための多層膜作成技術の開発を目的としている。イオンビームスパッタリング法を用いて、C混入率を変化させたNiC薄膜及びNiC/Ti多層膜を作成し、X線回折法、X線光電子分析法、透過型電子線顕微鏡、中性子反射法、極微小電子線解析法によりその特性を調べた。その結果、C混入によるNi膜の微結晶化が確認されるとともに、最適C混入率が、Ni$$_{3}$$C化合物の形成される約30%と推定された。そして、最適C混入率条件でニッケルの2倍の全反射臨界角を有するスーパーミラーを作成したところ、90%以上の高反射率スーパーミラーを作成することができた。

論文

Current status and future plan of neutron beam facility at JRR-3M

桜井 文雄; 大友 昭敏; 掛札 和弘; 海江田 圭右

KAERI/GP-128/98, p.205 - 221, 1998/00

JRR-3Mの中性子ビームは、その質及び強度が世界のトップレベルであることから、各種中性子散乱実験装置は100%活用されている。また、各装置に対する利用申込みはマシンタイムの約2倍に達している。このような状況から、研究炉部においては、今後も安定な冷中性子ビームの利用を達成するため、今年度冷中性子源減速材容器の交換を実施する。さらに、より高度な実験要求に応えるため新装置の開発を実施するとともに、より多くの研究者がJRR-3Mの中性子ビームを使用する実験ができるように、既設中性子導管のスーパーミラー導管への交換を計画している。以上のJRR-3M中性子ビーム利用に関する研究炉部の活動について報告する。

論文

中性子レンズ、ベンダーの開発

曽山 和彦; 鈴木 正年; 市川 博喜; 川端 祐司*

原子力工業, 43(10), p.36 - 41, 1997/10

最近原研及び京大炉外で開発された中性子光学応用機器の中から中性子レンズ、スーパーミラー中性子ベンター、極冷中性子ベンダー、スーパーミラー集束機器について紹介する。中性子光学応用機器は、低速中性子が全反射やブラッグ反射等の波動性を示すことを利用して、中性子を効率良く輸送、分岐、集束化等を行う装置である。中でも中性子レンズは、多数本のマルチキャピラリー(多重毛細管)ファイバー(チャネル内径10$$mu$$m)を1点に集束させるように配置したもので、これにより冷中性子の強度を1mm$$^{2}$$当たりで10倍増加させることが可能である。本稿では、この中性子レンズの特性及び応用と、スーパーミラー等を応用した中性子ベンダー等について述べる。

論文

Development of neutron optical devices and its application at JRR-3M

曽山 和彦; 鈴木 正年

ASRR-V: Proc., 5th Asian Symp. on Research Reactors, 2, p.894 - 900, 1996/00

原研JRR-3Mにおいて中性子ビーム実験の高度化を目的として行っている中性子光学デバイスの開発と応用について報告する。本報告では、中性子導管端末で中性子束を約1桁増加させるためのNiC/Tiスーパーミラーの作成技術開発及びこれを応用したスーパーミラー導管の中性子収率解析について述べる。また、中性子ビームを短距離で分岐するためのスーパーミラー中性子ベンダーの製作及び特性測定の結果について述べる。さらに、近年薄膜等の表面界面研究の有効手段として注目されてきた中性子反射率法についてNiC/Ti多層膜を主として述べる。

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:88.54

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

Development of focusing supermirors by means of ion beam sputtering and ultra-precise figuring techniques

山崎 大; 丸山 龍治; 春日井 好己; 原田 正英; 曽山 和彦; 林田 洋寿*; 永野 幹典*; 田畑 雄壮*; 光嶋 直樹*; 山村 和也*

no journal, , 

数値制御ローカルウェットエッチング法による超精密基板加工法と高性能スーパーミラー成膜による非球面スーパーミラーを開発している。400mmの長尺楕円基板にm=4スーパーミラーを成膜することで1次元楕円スーパーミラーを製作し0.128mmの集光幅、集光ゲイン52を達成した。また、2次元集光を目的としてK-Bミラー配置を構築することで0.5mm径の集光に成功した。

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