超低速ミュオン顕微鏡

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Frontier of Materials, Life and Elementary Particle Science Explored by Ultra Slow Muon Microscope
• Project/Area Number: 23108002
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 三宅 康博 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (80209882)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): PATRICK Strasser 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 研究機関講師 (20342834) ; 石田 勝彦 独立行政法人理化学研究所, 岩崎先端中間子研究室, 副主任研究員 (70176189) ; 髭本 亘 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 先端基礎研究センター, 研究主幹 (90291103)
• Project Period (FY): 2011-07-25 – 2016-03-31
• Keywords: ミュオン / 超低速ミュオン顕微鏡 / パルスレーザー / ライマンαレーザー / 共鳴イオン化法 / 表面界面 / 水素 / マイクロビーム

Research Abstract

本研究領域は、光科学と加速器科学の究極的な融合により、「超低速ミュオン顕微法」を確立させ、物質科学を飛躍的に発展させることを目的としている。実空間におけるスピン相関を広い時間スケールで微視的に観測することは、物質や生命のダイナミクスを知る上で欠かすことができない。超低速ミュオン顕微鏡は、表面から物質内部に至る任意の深さにおいて、これまでにない高い分解能で「スピン時空相関」を観測することができる。本班は、この基幹装置の開発・整備を行うことで、本領域の基盤を構築するとともに、マイクロ化したミュオンビームを生成することにより、物質科学の新たな展開を図ることを目標としている。本研究では、主として「ミュオンスピン回転緩和（μSR）法」と呼ばれる実験手法を用いる。μSR 法は素粒子ミュオンを用いた超高感度の局所内部磁場の観測手法である。加速器で生成された100％スピン偏極したミュオンをプローブとして試料に打ち込むため、あらゆる物質に適用可能であり、磁性研究をはじめとして極めて広い分野で用いられている。他の実験手法では観測困難なMHz領域の内部磁場の揺らぎの観測に威力を発揮し、広い時間窓で、実空間におけるスピンの動的・静的な状態を知ることができる本研究班は、超低速ミュオンによる研究を本格的に開始するため、１）熱ミュオニウム発生装置並びに超低速ミュオン顕微鏡光学系を設計・製作し、２）A04班が構築する100 μJ/パルス/cm2を超える大強度パルス状ライマンαレーザーシステムと組み合わせる。これにより、0.2 eVの超低速ミュオンを従来の10000倍以上、毎秒10(6)個発生させることができる。さらに、３）超低速ミュオンの再加速により最小で10μmφにまでビーム径を絞り込み、顕微機能を最大限に発揮した物質研究を行うことが可能となる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

Mu発生チェンバー、タングステン加熱ヒーター、輸送用高圧電源、偏向電磁石電源がすべてくみ上げられ、タングステン箔の不純物であるリシウム６、リシウム７を用いてのオプティックスの最適化も順調に進んでいた。しかしながら、J-PARCハドロン施設の放射線事故の為に、放射線施設検査を受ける事ができなくなり、すべてのビーム実験を中止している。

Strategy for Future Research Activity

J-PARCハドロン施設の放射線事故の為に、放射線施設検査を受ける事ができなくなり、すべてのビーム実験を中止せざるを得なかった。超低速ミュオンの取り出しの許可をうる為の、放射線施設検査は、平成26年3月に合格したが、レーザーシステムを用いたビーム調整等の諸条件、上流部の超伝導電磁石群の改修を考慮すると平成26年秋期ビームタイムからになりそうである。

Research Products

• [Journal Article] Ultra Slow Muon Project at J-PARC MUSE (2014)
  • Author(s): Y. Miyake Y. Ikedo K. Shimomura P. Strasser N. Takashi J. Nakamura S. Makimura N. Kawamura Hi. Fujimori A. Koda Y. Kobayashi K. Nishiyama R. Kadono W. Higemoto T. Ito T. Ogitsu Y. Makida K. Sasaki T. Adachi E. Torikai
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. Volume: 2 Pages: 010101,1-6
  • DOI: 10.7566/JPSCP.2.010101
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Construction of Ultra Slow Muon Beam Line at J-PARC (2014)
  • Author(s): T. Nagatomo, Y. Ikedo, P. Strasser, S. Makimura, J. Nakamura, K. Nishiyama, K. Shimomura, N. Kawamura, A. Koda, H. Fujimori, Y. Kobayashi, T.U. Ito, W. Higemoto, A.D. Pant, R. Kadono, E. Torikai and Y. Miyake
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. Volume: 2 Pages: 010102,1-5
  • DOI: 10.7566/JPSCP.2.010102
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] U-line at MLF/J-PARC for Ultra Slow Muon Microscopy (2014)
  • Author(s): Y. Ikedo, Y.Miyake, K.Shimomura, P. Strasser, N. Kawamura, K.Nishiyama, S.Makimura, H.Fujimori, A.Koda, J.Nakamura, T. Nagatomo, Y.Kobayashi, T.Adachi, A.Datt Pant, T.Ogitsu, T. Nakamoto, K.Sasaki, H.Ohhata, R.Okada, A.Yamamoto, Y.Makida, M.Yoshida, T.Okamura, R. Ohkubo, W.Higemoto, T. U. Ito, K.Nakahara, K.Ishida
  • Journal Title: PS Conf. Proc. Volume: 2 Pages: 10103,1-4
  • DOI: 10.7566/JPSCP.2.010103
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Manufacturing Method of Highly Pure Tungsten Foil for Thermal Muonium Generation (2014)
  • Author(s): Shunsuke Makimura, Masa Onoi, Mikihiko Wakasugi, Takashi Nagatomo, Yutaka Ikedo, Patrick Strasser, Koichiro Shimomura, Jumpei Nakamura, Kusuo Nishiyama, Yasuhiro Miyake
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. Volume: 2 Pages: 010104,1-6
  • DOI: 10.7566/JPSCP.2.010104
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transport of Coherent VUV Radiation to Muon U-line for Ultra Slow Muon Microscope (2014)
  • Author(s): J. Nakamura, Y. Oishi, N. Saito, K. Miyazaki, K. Yokoyama, K. Okamura, S. Makimura, Y. Miyake, T. Nagatomo, P. Strasser, Y. Ikedo, D. Tomono, K. Shimomura, S. Wada, N. Kawamura, A. Koda, K. Nishiyama
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. Volume: 2 Pages: 010108,1-7
  • DOI: 10.7566/JPSCP.2.010108
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ultra Slow Muon Microscopy by Laser Resonant Ionization at J-PARC, MUSE (2013)
  • Author(s): Y. Miyake, Y.Ikedo, K.Shimomura, P.Strasser, N.Kawamura, K.Nishiyama, A.Koda, H.Fujimori, S.Makimura, J.Nakamura, T.Nagatomo, R.Kadono,E.Torikai, M.Iwasaki, S.Wada, N.Saito, K.Okamura, K.Yokoyama, T.Ito, W.Higemoto
  • Journal Title: Hyperfine Interactions Volume: 216 Pages: 79-83
  • DOI: 10.1007/s10751-012-0759-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Positron separators in Superomega muon beamline at J-PARC (2013)
  • Author(s): Ikedo.Y,Miyake.Y,Shimomura.K,Strasser.P,Kawamura.N,Nishiyama.K,Makimura.S,Fujimori.H,Koda.A,Nakamura.J,Nagatomo.T,Kobayashi.Y,Adachi.T,Pant. A. D,Ogitsu.T,Nakamoto. T, Sasaki. K,Ohata. H,Okada. R,Yamamoto.A, Makida. Y,Yoshida. M, Okamura. T,Okubo. R,Higemoto. W,Ito. T. U,Nakahara K and Ishida K
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms Volume: 317,Part B Pages: 365-368
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2013.07.060
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cation Dependence of the Electronic States in Molecular Triangular Lattice System beta’-X[Pd(dmit)2]2: A First-principles study (2013)
  • Author(s): T. Tsumuraya, H. Seo, M. Tsuchiizu, R. Kato, and T. Miyazaki
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn Volume: 82 Pages: 033709,1-4
  • DOI: 10.7566/JPSJ.82.033709
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electronic States of Single-Component Molecular Conductors [M(tmdt)2] (2013)
  • Author(s): H. Seo, S. Ishibashi, Y. Otsuka, H. Fukuyama, and K. Terakura
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn Volume: 82 Pages: 054711,1-11
  • DOI: 10.7566/JPSJ.82.054711
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enhancement of Charge Ordering by the Zeeman Effect in One-dimensional Molecular Conductors (2013)
  • Author(s): H. Yoshioka, H. Seo and Y. Otsuka
  • Journal Title: J. Kor. Phys. Soc. Volume: 63 Pages: 383-386
  • DOI: 10.3938/jkps.63.383
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Superconducting curved transport solenoid with dipole coils for charge selection of the muon beam (2013)
  • Author(s): Strasser.P, Ikedo.Y,Miyake.Y, Shimomura.K, Kawamura.N, Nishiyama, K. Makimura.S,Fujimori.H, Koda. A, Nakamura. J, Nagatomo.T, Adachi.T, Pant.A.D, Ogitsu.T, Makida.Y, Yoshida.M, Sasaki.K, Okamura.T, Ohhata.H, Nakamoto.T, Okada.R, Ohkubo.R, Yamamoto.A, Higemoto.W, Ito.T.U, Ishida.K, Nakahara.K
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms Volume: 317, Part B Pages: 361-364
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2013.07.046
  • Peer Reviewed
• [Presentation] J-PARC/MLF ミュオンビームラインUラインの現状 (2014)
  • Author(s): 池戸豊，三宅康博，下村浩一郎，Patrick Strasser，河村成肇，西山樟生，牧村俊助，藤森寛，幸田章宏，小林庸男，中村惇平，長友傑，足立泰平，荻津透，槙田康博，吉田誠，佐々木憲一，岡村崇弘，大畠洋克，中本建志，山本明，大久保隆治，髭本亘
  • Organizer: 日本物理学会69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] J-PARC・MUSE・超低速ミュオン顕微鏡計画におけるVUVコヒーレント光の輸送・診断状況2 (2014)
  • Author(s): 中村惇平，大石裕，斎藤徳人，宮崎洸治，岡村幸太郎，横山幸司，牧村俊助，三宅康博，長友傑，ストラッサー・パトリック，池戸豊，友野大，下村浩一郎，和田智之，河村成肇，幸田章宏，西山樟生
  • Organizer: 日本物理学会69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] J-PARC/MLFにおけるスーパーオメガミュオンビームラインIX (2013)
  • Author(s): 池戸豊，三宅康博
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学
  • Year and Date: 20130925-20130928
• [Presentation] J-PARC・MUSE・超低速ミュオン顕微鏡計画におけるVUVコヒーレント光の輸送・診断状況 (2013)
  • Author(s): 中村惇平，大石裕，斎藤徳人，宮崎洸治，横山幸司，岡村幸太郎，牧村俊助，三宅康博，長友傑，ストラッサー・パトリック，池戸豊，友野大，下村浩一郎，和田智之，河村成肇，幸田章宏，西山樟生
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学
  • Year and Date: 20130925-20130928
• [Presentation] J-PARCにおける超低速ミュオン顕微鏡 (2013)
  • Author(s): 長友傑，池戸豊，ストラッサーパトリック，牧村俊助，中村惇平，西山樟生，河村成肇，下村浩一郎，髭本亘，伊藤孝，藤森寛，門野良典，鳥養映子，三宅康博
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学
  • Year and Date: 20130925-20130928
• [Presentation] Status of Ultra Slow Muon Microscopy(A01) (2013)
  • Author(s): Yasuhiro Miyake
  • Organizer: The International Symposium on Science Explored by Ultra Slow Muon (USM2013)
  • Place of Presentation: 松江市くにびきメッセ
  • Year and Date: 20130809-20130812
• [Presentation] Ultra Slow Muon Beam Line under Construction in J-PARC (2013)
  • Author(s): T. Nagatomo
  • Organizer: The International Symposium on Science Explored by Ultra Slow Muon (USM2013)
  • Place of Presentation: 松江市くにびきメッセ
  • Year and Date: 20130809-20130812
• [Presentation] Transmission Muon Microscopy Project (2013)
  • Author(s): Y.Nagatani
  • Organizer: The International Symposium on Science Explored by Ultra Slow Muon (USM2013)
  • Place of Presentation: 松江市くにびきメッセ
  • Year and Date: 20130809-20130812
• [Remarks] 超低速ミュオン顕微鏡と極微μSR法創成
  • URL: http://slowmuon.kek.jp