2020 Fiscal Year Annual Research Report
Search for the neutron electric dipole moment and the time reversal violation
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18H05230
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
畑中 吉治 大阪大学, 核物理研究センター, 特任教授 (50144530)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
谷畑 勇夫 大阪大学, 核物理研究センター, 特任教授 (10089873)
川崎 真介 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, 准教授 (20712235)
岡村 崇弘 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, 准教授 (90415042)
三島 賢二 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, 特別准教授 (20392136)
渡邉 裕 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, 准教授 (50353363)
槇田 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, 素粒子原子核研究所, 教授 (30199658)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | 原子核（実験） / 素粒子（実験） / 超冷中性子 / 電気双極子モーメント |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中性子電気双極子モーメント（nEDM）測定を行う超冷中性子（UCN）源が設置されるTRIUMFでは 500MeV×40μAの陽子ビームを使用する。このビームパワーに対する超流動ヘリウムへの入熱は10Wであり、UCNを効率的に生成するためには陽子ビーム照射中も超流動ヘリウム温度を1 K程度に保つ必要がある。そのため、3Heを減圧することで低温を達成するヘリウム冷凍機を令和1年度に製作した。令和2年度は、ヒーターを用いて冷凍機の冷却能力を確認した。超流動ヘリウムは長さ600mmの無酸素銅熱交換器を介して冷凍機で冷やされる。効率の高い熱交換器を実現するため、熱交換器のモデルを作成し、形状の最適化を行った。日本での性能確認終了後、夏にヘリウム冷凍機を解体しTRIUMFへ移送した。現地での再組み立て後、真空リークテストを行っている。
TRIUMFでは、500 MeV、1μAの陽子ビームを用いてnEDM測定装置の要素開発を継続して行った。UCNガイド内でのUCN寿命、透過効率、UCNバルブでのUCN吸収率を測定した。UCN偏極解析装置の開発テストを行うとともに、ガイドの内面研磨およびNiPやNiMoメッキの性能を検証し実機製作に必要なデータを取得した。秋にプロトタイプUCN源を撤去し、新UCN源が設置される周囲の放射線遮蔽の強化工事およびインフラ整備を進めている。液体重水（LD2）低温中性子モデレーターの概念設計を完了し、詳細設計を行っている。UCNを用いた開発はJ-PARC、ロスアラモス研究所で継続しUCN輸送部品の性能評価を行った。
nEDM測定領域の環境磁場補償は系統誤差を小さくするために重要である。磁場補償コイル製作のためnEDM測定領域の環境磁場を予備的に測定した。カナダの共同研究者が主となって、補償コイル内に設置される約3.5m立方の磁気シールド室の製作が開始された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ヘリウム冷凍機はTRIUMFに移送され、冷却テストに向けた準備を行っている。LD2モデレータの製作が進み、新UCN源設置場所の放射線遮蔽、インフラ整備が順調に進んでいる。40μA のビームを中性子生成標的に照射するためのビーム輸送系の整備は完了している。
nEDM測定装置の要素開発はカナダ側共同研究者と協力して予定通り進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
プロトタイプのテスト結果を踏まえて、液体3Heと超流動ヘリウム間の熱交換器の実機を製作する。LD2モデレータとUCN生成部を接続し、UCN源を完成する。超流動ヘリウムをUCN生成部に貯蔵し、超流動ヘリウム中の温度分布を測定し、超流動ヘリウム中の熱伝導を測定する。陽子ビームを用いたUCN生成実験を行い、輸送ガイド管等nEDM測定装置の要素開発を継続する。
nEDM測定領域に4層のμメタルからなる磁気遮蔽室（MSR）を設置し、その周囲にアクティブ磁気シールドコイルを設ける。
J-PARCのUCNを利用して、UCNガイド、バルブ等の性能評価と、中性子偏極解析用鉄薄膜の開発を行う。
UCN源およびnEDM装置の安定稼働を確認し、陽子ビームパワー20 kWでの測定を開始する。
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