Reflective Epithermal Neutron Optics

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K21876
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 清水 裕彦 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (50249900)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Keywords: 熱外中性子 / 中性子反射光学 / 中性子回折 / 精密加工

Outline of Annual Research Achievements

J-PARCのパルス中性子源の稼働によってもたらされた熱外中性子の利用を実用的な水準に引き上げるために、熱外中性子の反射光学系を実用化することを目的として、平坦度が高く再現性の良い中性子ミラーの製作及び評価技術を研究する。そのためには多数の薄い平板ミラーの平行配置が有効と考えて検討した結果、金属基板ミラーが最も有望であると見込んだ。金属表面は機械加工で十分な平坦度を達成する能力を持つ理化学研究所と協力して研究することとし、評価技術の検討に進んだ。本研究で対象とするエネルギー領域はおよそ1eVのオーダーであり、熱中性子に比べて一桁ほど速度が速い。それに応じて反射角は1/10程度に小さくなるため、中性子反射を実測して評価するためには、通常よりもビーム発散が抑制された熱外中性子ビームを用意することが必要となる。そこで、熱外中性子ビームをコリメータで絞った上で、単結晶回折によって平行化する方法を採用することとし、J-PARCのパルス中性子ビームを用いて評価システムを構築することとした。これまでにJ-PARC MLF BL10 (NOBORU)において、パルス熱外中性子を用いてシリコン単結晶の回折像を二次元像として捉える測定を行い、熱外中性子反射の評価技術の基礎研究を行った。現在はその結果の解析を行なっており、これを基礎として熱外中性子の反射現象の実測を行って、実用化に結びつける予定である。なお、熱外中性子ビームの利用機会を得られなかった場合に備えて、広域の形状測定によって同様の結果を得る可能性の検討も並行して進めている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

熱外中性子の反射臨界角は、熱中性子や冷中性子に比べて概ね1桁小さくなるため、反射を実測するためにはビームの高い平行度が強く望まれる。そこで、J-PARC BL10 (NOBORU)において、シリコン単結晶の高次回折の回折強度を確認の上、回折中性子を入射ビームとして用いた。具体的には、ビームに対してc軸を45度傾けた状態で、90度方向に回折された中性子を飛行時間の関数として捉え、(111)から(888)にわたる回折を用いた。これに対して、精密機械加工で形成した金属表面を用意し、回折中性子を入射させて反射によるビームの偏向を測定した。
現状はJ-PARCのビームタイム配分が当初スケジュールから全体的に遅れ、全ての測定時間が消化できていないため、測定結果はまだ予備的ではあるものの、これまでに(555)回折まで、エネルギーに換算して0.1eVまでの範囲で中性子の反射が実測にかかっている。ビーム発散と反射表面の機械精度を考慮した誤差の詳細評価を検討しており、論文化に向けた検討を進めている。また本年度にビームタイムが繰り越されているため、そのビームタイムを利用して、より高エネルギーにおける反射測定の準備を予定している。

Strategy for Future Research Activity

まず、昨年度までに得られた中性子エネルギー0.1eVまでの中性子反射の実測結果の誤差評価と論文化を進める。それと並行して、J-PARCビームタイムの未消化分を用いて、この実測結果の誤差の抑制を行う。また、中性子エネルギー領域をさらに高エネルギー側に拡張するために、反射面に多層膜を付与することを検討し、実測できた場合は本課題の研究成果に含める。

Causes of Carryover

本研究で必須となる熱外中性子ビームには、J-PARC MLFのパルス中性子ビームを充てる。新型ウイルス感染症拡大に伴ってJ-PARC MLFのビームタイムスケジュールに年度を跨いだ遅延が生じたために、それに応じて予算を持ち越した。遅延が生じたビームタイムは年度を超えて確保されているので、研究の遂行に支障を生じることは無い。