大強度パルス中性子による外場応答ダイナミクスのリアルタイム追跡技術の開発

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26390117
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 中村 充孝 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門J-PARCセンター, 研究主幹 (00370445)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: パルス中性子 / ダイナミクス測定 / 新規解析手法 / 外場応答

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は、チョッパー分光器の単色化チョッパーで選択される複数の中性子ビームが一定の時間差をもって試料に到達することを積極的に利用して、物質におけるミリ秒オーダーの外場応答ダイナミクス情報をリアルタイムで追跡できる新規解析手法の実用化に向けた技術開発の推進を主目的としている。平成２６年度は、電場を試料に印可できる試料環境装置の試作を行った。この装置は、J-PARC物質・生命科学実験施設の中性子実験装置で一般的に用いられるトップローディング型冷凍機に上方から挿入することができるものであり、現在、試験測定を継続して実施している。試験測定の結果明らかになった問題点をフィードバックしてさらに改良を進めることにより、平成27年度早々に電場下での中性子非弾性散乱実験を実現できるようになる見込みである。本研究課題では、パルス中性子発生の周期と試料への電場印可タイミングを同期させることのできる「電場同期印可試料環境システム」の完成を目標としているが、平成26年度の実績により、目標達成に向けての重要な1ステップを乗り越えることができた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

交付申請書においては、(i) J-PARCの中性子実験装置で一般的に用いられるトップローディング型冷凍機に上方から挿入する試料スティックの改造、(ii) 試料部近傍における放電対策、(iii) 試料に印可する電場の強さや繰り返し周期等の仕様を十分検討した上での電源ユニット部の詳細設計及び開発、を平成26年度の開発目標に掲げていたが、概ね計画通りの開発を進めることができた。

Strategy for Future Research Activity

平成２６年度に得られた結果を基にして、電場同期印可試料環境システムの開発を継続する。開発に成功した段階で、外場応答ダイナミクスのリアルタイム追跡技術の実証実験として、液晶材料おける電場配向過程のリアルタイム観測をJ-PARC中性子実験装置を使って実施する。電場同期印可試料環境システムの研究開発で蓄積された技術とノウハウをベースにして、パルス中性子発生周期と同期してレーザー光を試料に印可できる試料スティックを新規製作し、「レーザー光同期印可試料環境システム」の開発にも着手する。平成２８年度末までに、電場及び光による外場応答ダイナミクスのリアルタイム追跡技術を利用できる中性子実験環境を確実に整備し、一般ユーザーへの提供も進める。
これらの結果についてとりまとめ、国内外での学会発表および学術誌への論文投稿を行う。さらに、今回の新規技術を活用した中性子利用研究を加速するため、関係する各分野の研究者を大学や企業等から招いたワークショップを開催し、多角的な研究推進とさらなる成果創出に向けた研究グループを構築する。

Causes of Carryover

当初計画では、電場印可試料スティックを一から設計・製作することを想定していたが、既存の試料スティックを改造することで多くの知見と経験を積むことができた。平成27年度以降は、異なる条件下での試験を並行して実施することにより、開発の効率を向上させるべく、次年度の使用額を増加させることとした。

Expenditure Plan for Carryover Budget

一台の試作品で明らかになった問題点を改良して次の試作品を製作する、といった開発計画では、実機完成に至るまでに多くの時間を要する。平成26年度までに得られた知見を生かし、開発のスピードを向上させるため、複数台の試作品を用意して、異なる条件下での試験を並行して実施できる開発体制を整える。

Research Products

• [Journal Article] Feasibility demonstration of a new Fermi chopper with supermirror-coated slit packag (2014)
  • Author(s): M. Nakamura, W. Kambara, Th. Krist, T. Shinohara, K. Ikeuchi, M. Arai, R. Kajimoto, K. Nakajima, H. Tanaka, J. Suzuki, M. Harada, K. Oikawa and F. Maekawa
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A Volume: 737 Pages: 142 ~ 147
  • DOI: 10.1016/j.nima.2013.11.019
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] General Formulae for the Optimized Design of Fermi Chopper Spectrometer (2014)
  • Author(s): M. Nakamura and R. Kajimoto
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 1 Pages: 014018(4pages)
  • DOI: 014018, 10.7566/JPSCP.1.014018
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Energy- and Q-resolution investigation of chopper spectrometer 4SEASONS at J-PARC (2014)
  • Author(s): K. Iida, K. Ikeuchi, M. Ishikado, J. Suzuki, R. Kajimoto, M. Nakamura, Y. Inamura, and M. Arai
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 1 Pages: 014016(4pages)
  • DOI: 014016, 10.7566/JPSCP.1.014016
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inelastic neutron scattering study of phonon anomalies in La1.5Sr0.5NiO4 (2014)
  • Author(s): R. Kajimoto, M. Fujita, K. Nakajima, K. Ikeuchi, Y. Inamura, M. Nakamura and T. Imasato
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 502 Pages: 012056(5pages)
  • DOI: 10.1088/1742-6596/502/1/012056
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Temperature Dependence of Spin Fluctuations in Underdoped La1.90Sr0.10CuO4 (2014)
  • Author(s): K. Sato, M. Matsuura, M. Fujita, R. Kajimoto, S. Ji, K. Ikeuchi, M. Nakamura, Y. Inamura, M. Arai, M. Enoki and K. Yamada
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 3 Pages: 017010(6pages)
  • DOI: 017010, 10.7566/JPSCP.3.017010
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] MAGIC chopper: theory, simulation, and experimental evaluation (2014)
  • Author(s): M. Nakamura, K. Ikeuchi, R. Kajimoto, W. Kambara, Th. Krist, T. Shinohara, M. Arai, K. Iida, K. Kamazawa, Y. Inamura, M. Ishikado
  • Organizer: ICANS XXI: International Collaboration on Advanced Neutron Sources
  • Place of Presentation: 茨城県立県民文化センター（茨城県水戸市）
  • Year and Date: 2014-09-29 – 2014-10-04
• [Presentation] Development of Various Shielding Devices to Suppress Background in J-PARC (2014)
  • Author(s): W. Kambara, K. Aoyama, Y. Yamauchi, T. Iwahashi, S. Ono, R. Kajimoto, M. Nakamura, K. Shibata, K. Nakajima, S. Ohira-Kawamura, K. Aizawa, M. Sawabe, K. Inoue, T. Harada
  • Organizer: ICANS XXI: International Collaboration on Advanced Neutron Sources
  • Place of Presentation: 茨城県立県民文化センター（茨城県水戸市）
  • Year and Date: 2014-09-29 – 2014-10-04
• [Presentation] Recent progress in the chopper spectrometer 4SEASONS at J-PARC (2014)
  • Author(s): R. Kajimoto, M. Nakamura, Y. Inamura, K. Kamazawa, K. Ikeuchi, K. Iida, M. Ishikado, K. Nakajima, S. Ohira-Kawamura, T. Nakatani, W. Kambara, H. Tanaka, Y. Yamauchi, K. Aoyama, T. Hosoya, K. Kiriyama, K. Aizawa, M. Arai
  • Organizer: ICANS XXI: International Collaboration on Advanced Neutron Sources
  • Place of Presentation: 茨城県立県民文化センター（茨城県水戸市）
  • Year and Date: 2014-09-29 – 2014-10-04
• [Presentation] Oscillating Radial Collimators for the Chopper Spectrometers at MLF in J-PARC (2014)
  • Author(s): M. Nakamura, Y. Kawakita, W. Kambara, K. Aoyama, R. Kajimoto, K. Nakajima, S. Ohira-Kawamura, K. Ikeuchi, T. Kikuchi, K. Iida, K. Kamazawa, and M. Ishikado
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Science at J-PARC 2014
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2014-07-12 – 2014-07-15
• [Presentation] Background Caused by High-Energy Neutrons at the Chopper-Type Neutron Spectrometer 4SEASONS (2014)
  • Author(s): R. Kajimoto, M. Nakamura, Y. Inamura, K. Kamazawa, K. Ikeuchi, K. Iida, M. Ishikado, and M. Arai
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Science at J-PARC 2014
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2014-07-12 – 2014-07-15