2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of aerogels as high-yield muonium production/emission targets
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17K05466
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
鈴木 一仁 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 研究員 (30547534)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ミューオニウム / エアロゲル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、昨年度に測定したエアロゲル標的試料のミューオニウム収率に対する詳細な解析と、その結果を説明するミューオニウム生成・放出機構のシミュレーションを用いたモデル化を進め、これらの知見をまとめた論文の投稿準備を進めてきた。先行研究において標的放出面のレーザー穴加工が真空中でのミューオニウム収率を10倍程度向上させたことから、レーザー穴加工による放出面近傍の物質の排除または加工表面にできる微細な亀裂構造が、標的で生成されたミューオニウムの標的物質による拡散阻害を抑制すると考え、ミューオニウム収率はレーザー穴加工体積または表面積と相関すると推察していた。昨年度に測定した穴加工パラメータ（穴間隔、穴径、穴深さ）条件の異なる多様な穴加工パターンの標的試料に対するミューオニウム収率を詳細に解析した結果、穴加工体積や表面積とは相関が見られず、放出面での穴加工の開口率と正の相関が、穴深さと負の相関が見られた。開口率との正の相関は、標的物質による拡散阻害の抑制と矛盾しないが、穴加工体積や表面積との相関がないことや穴深さとの負の相関には新たな説明を要する。データ解析とシミュレーションから、加工穴が深いほど標的試料の密度が実効的に高くなる傾向が示唆されており、レーザー穴加工が加工面近傍物質の局所的高密度化を引き起こし、ミューオニウムの拡散を阻害する可能性が考えられる。PMSQゲルに顕著な炭化痕や表面破壊の理解も含めて、レーザー穴加工の詳細における更なる理解を要する。
また、標的試料の簡易性能評価を目的としたテストベンチの構築を検討していたが、一様磁場中でのミューオニウムの歳差運動における振幅減衰率の違いからミューオニウム収率を評価する方法が他の研究者により提案され、本研究における性能評価試験の簡便化が図れる可能性が示唆された。本年度はこの方法の原理実証試験に参加し、方法の確立を目指している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
PMSQゲルを用いた標的試料の作製とレーザー穴加工、ミューオン照射による性能評価試験は、計画通り昨年度に遂行している。参照試料となるシリカエアロゲル標的を含めたミューオニウム収率とレーザー穴加工パラメータとの相関が予想外の傾向を示しており、レーザー加工穴からのミューオニウム放出機構についての有意義な知見が得られた一方、シミュレーションを用いた放出機構のモデル化に時間を要している。ビーム照射前後におけるシリカエアロゲル標的の形状変化も新たに示唆されており、標的試料の形状・表面に対する理解も含めたミューオニウム放出機構の理解を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
参照試料となるシリカエアロゲル標的を含めたミューオニウム収率とレーザー穴加工パラメータとの相関の理解と、それに基づいたシミュレーションによるミューオニウム放出機構のモデル化、標的試料の形状・表面破壊の影響の吟味を進め、得られた知見を論文にまとめる。
標的試料の性能評価試験の簡便化に対しては、一様磁場中でのミューオニウムの歳差運動における振幅減衰率からミューオニウム収率を評価できることが他の研究者より提案された。崩壊陽電子の飛跡検出が不要なため、試験の準備や遂行が大幅に簡便化される。RAL（イギリス）にあるRIKEN-RALビームラインにて行われたこの方法の原理実証実験に参加し、方法の確立と本研究への適用を目指している。
また、ミューオニウム放出機構の理解に基づいた標的試料の改善を検討し、ミューオニウムの歳差運動測定からミューオニウム収率を評価して、予測通りの改善が見られたか比較検討する。
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| Causes of Carryover |
陽電子線源を用いたポジトロニウムの収率測定による標的試料の簡易性能評価用テストベンチの構築を検討していたが、加速器施設におけるミューオン照射を用いながらも、ミューオニウムの歳差運動測定により大幅に簡便化した性能評価試験を行う方法（MuSR法）が提案されたため、その方法の本研究への適用を検討している。テストベンチ構築に見積もっていた予算は、MuSR法による性能評価の原理検証実験への参加に必要な経費として使用した。基本的な原理検証はなされたため、今後の本研究への適用に必要な経費としても使用予定である。
なお、本年度途中に研究代表者の所属が変わり、それに際して必要な解析計算機等の購入などの予定外の予算執行を伴った。
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