パルス中性子を用いた中性子寿命の高精度測定

• Project/Area Number: 13J06088
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(実験)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 山田 崇人 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2015: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 冷中性子 / ガス放射線検出器 / 平均寿命 / 中性子フラックス測定 / 素粒子実験 / 放射線放出器 / 中性子 / 寿命測定

Outline of Annual Research Achievements

本実験における初めての結果の導出に向けて系統誤差を評価することに注力し、研究を進めた。本実験ではヘリウム3を少量導入したガス検出器を用いてベータ崩壊により発生した電子とヘリウム3の中性子吸収反応事象を同一の検出器で測定する。寿命の計算式には以下の要素がある。1.中性子ベータ崩壊事象数、2.ヘリウム3中性子吸収反応事象数、3.1及び2の検出効率、4. 検出器内のヘリウム3数密度、5.ヘリウム3の中性子吸収反応断面積。これらを昨年度までのDAQ開発や、昨年度から引き続きモンテカルロシミュレーション(MC)の検出器応答の実装・調整の成果を用いて評価を進めた。
1の評価時には背景事象の量を評価する必要があるが、これは計画の段階で示していたように中性子の時間構造と中性子を検出器に導入しないときのデータをもちいて評価し、ガスにより中性子が散乱される効果はMCの結果と比較して評価した。2の評価はMCの実装により、検出器での飛跡位置や角度による信号増幅の非線形性の違いを実装し、その結果を用いて評価した。3の検出効率はMCの結果とその調整の精度を用いて評価した。4はヘリウム3導入時の温度分布や圧力計の精度やガス導入配管の体積比などから適切なものを選ぶなどし、その時の不確かさを評価した。また、検出器運転時のガスの温度分布や検出器容器の体積変化なども温度を監視することで評価した。5は文献値を用いているが最終的な目標精度を達成するためには精度が足りない。本実験の今後の課題として自ら測定する方法を検討している。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Development of time projection chamber for precise neutron lifetime measurement using pulsed cold neutron beams (2015)
  • Author(s): Y. Arimoto,N.Higashi,Y.Igarashi,Y.Iwashita,T.Ino,R.Katayama,R.Kitahara,M.Kitaguchi,H.Matsumura,K.Mishima,N.Nagakura,H.Oide,H.Otono,R.Sakakibara,T. Shima,H.M.Shimizu,T.Sugino,N.Sumi,H.Sumino,K.Taketani,G.Tanaka,M.Tanaka,K.Tauchi,A.Toyoda,T.Tomita,T.Yamada,S.Yamashita,H.Yokoyama,T.Yoshioka
  • Journal Title: Nuclear Instrument sand Methods in Physics Research A Volume: 799 Pages: 187-196
  • DOI: 10.1016/j.nima.2015.08.006
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] J-PARC/BL05における中性子寿命測定実験：解析と系統誤差 (2015)
  • Author(s): 山田崇人,長倉直樹,片山領,東直,横山晴道,山下了,角直幸,田中元気,音野瑛俊,吉岡瑞樹,榊原理紗,杉野智昭,広田克也,清水裕彦,北口雅暁,北原龍之介,岩下芳久,生出秀行,嶋達志,關義親,角野浩史,三島賢二,竹谷薫,猪野隆
  • Organizer: 日本物理学会 2015年 秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学(大阪府大阪市)
  • Year and Date: 2015-09-25
• [Presentation] J-PARC/BL05 における 中性子寿命精密測定実験の現状 (2015)
  • Author(s): 田中元気, 角直幸, 吉岡瑞樹, 音野瑛俊, 北原龍之介, 岩下芳久, 山田崇人, 片山領, 東直, 横山晴道, 角野浩史, 山下了, 榊原理紗, 杉野智昭, 広田克也, 清水裕彦, 北口雅暁, 生出秀行, 関義親, 嶋達志, 三島賢二, 竹谷薫, 猪野隆
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京都・新宿区）
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] J-PARC/BL05における 中性子寿命測定実験 : 2014年データ解析 (2015)
  • Author(s): 角直幸, 田中元気 , 音野瑛俊, 吉岡瑞樹, 北原龍之介, 岩下芳久, 山田崇人, 片山領, 東直, 横山晴道, 角野浩史, 山下了, 榊原理紗, 杉野智昭, 広田克也, 清水裕彦, 北口雅暁, 生出秀行, 関義親, 嶋達志, 三島賢二, 竹谷薫, 猪野隆
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京都・新宿区）
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] J-PARC/BL05における中性子 寿命測定実験の系統誤差の評価 (2015)
  • Author(s): 北原龍之介, 岩下芳久, 榊原理紗, 杉野智昭, 広田克也, 清水裕彦, 北口雅暁, 横山晴道, 東直, 山田崇人, 片山領, 角野浩史, 長倉直樹, 山下了, 角直幸, 田中元気, 音野瑛俊, 吉岡瑞樹, 生出秀行, 関義親, 猪野隆, 三島賢二, 竹谷薫, 嶋達志
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京都・新宿区）
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] 中性子寿命測定のためのビームモニターの性能評価 (2015)
  • Author(s): 長倉直樹, 山田崇人, 山下了, 三島賢二, 猪野隆
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京都・新宿区）
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] J-PARCにおける 中性子寿命精密測定実験 (2015)
  • Author(s): 山田崇人
  • Organizer: 第21回ICEPPシンポジウム
  • Place of Presentation: 岳美山荘(長野県・北安曇郡)
  • Year and Date: 2015-02-10
• [Presentation] J-PARC/BL05における 中性子寿命測定実験 : 系統誤差の評価 (2014)
  • Author(s): 角直幸, 田中元気, 音野瑛俊, 吉岡瑞樹, 北原龍之介, 岩下芳久, 山田崇人, 片山領, 東直, 横山晴道, 角野浩史, 山下了, 榊原理紗, 杉野智昭, 広田克也, 清水裕彦, 北口雅暁, 生出秀行, 関義親, 嶋達志, 三島賢二, 竹谷薫, 猪野隆
  • Organizer: 第120回日本物理学会九州支部例会
  • Place of Presentation: 崇城大学(熊本県・熊本市)
  • Year and Date: 2014-12-06
• [Presentation] Neutron lifetime measurement with pulsed beam at J-PARC:Incident Beam Flux (2014)
  • Author(s): R.Sakakibara, H. M. Shimizu, K. Hirota, T. Sugino, T. Yamada, N. Higashi, R. Katayama, H. Yokoyama, T. Ino, K. Mishima, K. Taketani, Y. Iwashita, M. Kitaguch, R. Kitahara, H. Oide, T. Yoshioka, H. Otono, Y. Seki, T. Shima, G. Tanaka, N. Sumi, H. Sumino, S. Yamashita
  • Organizer: HAWAII2014
  • Place of Presentation: Waikoloa Village(アメリカ合衆国)
  • Year and Date: 2014-10-11
• [Presentation] Neutron lifetime measurement with pulsed beam at JPARC (2014)
  • Author(s): Kenji Mishima, T. Yamada, N. Higashi, K. Hirota, T. Ino, Y. Iwashita, R. Katayama, M. Kitaguchi, R. Kitahara, H. Oide, H. Otono, R. Sakakibara, Y. Seki, T. Shima, H. M. Shimizu, T. Sugino, N. Sumi, H. Sumino, K. Taketani, G. Tanaka, S. Yamashita, H. Yokoyama, T. Yoshioka
  • Organizer: HAWAII2014
  • Place of Presentation: Waikoloa Village(アメリカ合衆国)
  • Year and Date: 2014-10-10
• [Presentation] Neutron Lifetime Measurement Initiated at J-PARC/MLF/BL05 (2014)
  • Author(s): Genki Tanaka, T. Yoshioka, H Otono, N. Sumi, N. Higashi, K. Hirota, T. Ino, Y. Iwashita, R. Katayama, M. Kitaguchi, R. Kitahara, K. Mishima, H. Oide, R. Sakakibara, Y. Seki, T. Shima, H. M. Shimizu, T. Sugino, H. Sumino, K. Taketani, S. Yamashita, H. Yokoyama
  • Organizer: HAWAII2014
  • Place of Presentation: Waikoloa Village(アメリカ合衆国)
  • Year and Date: 2014-10-10
• [Presentation] Neutron lifetime measurement with pulsed beam at J- PARC: TPC and DAQ (2014)
  • Author(s): T. Yamada, N. Higashi, K. Hirota, T. Ino, Y. Iwashita, R. Katayama, M. Kitaguch, R. Kitahara, K. Mishima, H. Oide, H. Otono, R. Sakakibara, Y. Seki, T. Shima, H. M. Shimizu, T. Sugino, N. Sumi, H. Sumino, K. Taketani, G. Tanaka, S. Yamashita, H. Yokoyama, T. Yoshioka
  • Organizer: HAWAII2014
  • Place of Presentation: Waikoloa Village(アメリカ合衆国)
  • Year and Date: 2014-10-10
• [Presentation] J-PARC/BL05中性子寿命測定実験：中性子フラックスの決定 (2014)
  • Author(s): 三島賢二, 山下了, 山田崇人, 片山領, 東直, 横山晴道, 角野浩史, 榊原理紗, 杉野智昭, 広田克也, 清水裕彦, 北口雅暁, 田中元気, 角直幸, 音野瑛俊, 吉岡瑞樹, 北原龍之介, 岩下芳久, 生出秀行, 嶋達志, 関義親, 猪野隆, 竹谷薫
  • Organizer: 日本物理学会2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 佐賀大学(佐賀県・佐賀市)
  • Year and Date: 2014-09-18
• [Presentation] J-PARC/BL05 中性子寿命実験:TPC 検出器の改良及び評価 (2014)
  • Author(s): 北原龍之介, 岩下芳久, 山田崇人, 片山領, 東直, 横山晴道, 角野浩史, 三島賢二, 山下了, 榊原理紗, 杉野智昭, 広田克也, 清水裕彦, 北口雅暁, 田中元気, 角直幸, 音野瑛俊, 吉岡瑞樹, 生出秀行, 関義親, 嶋達志, 竹谷薫, 猪野隆
  • Organizer: 日本物理学会2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 佐賀大学(佐賀県・佐賀市)
  • Year and Date: 2014-09-18
• [Presentation] J-PARC/BL05中性子寿命測定実験：系統誤差の評価 (2014)
  • Author(s): 山田崇人, 片山領, 東直, 横山晴道, 角野浩史, 山下了, 榊原理紗, 杉野智昭, 広田克也, 清水裕彦, 北口雅暁, 田中元気, 角直幸, 音野瑛俊, 吉岡瑞樹, 北原龍之介, 岩下芳久, 生出秀行, 嶋達志, 関義親, 竹谷薫, 猪野隆, 三島賢二
  • Organizer: 日本物理学会2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 佐賀大学(佐賀県・佐賀市)
  • Year and Date: 2014-09-18
• [Presentation] 寿命実験 実験、解析と今後 (2013)
  • Author(s): 山田崇人
  • Organizer: 中性子物理研究会
  • Place of Presentation: 名古屋大学(愛知県)
  • Year and Date: 2013-12-25
• [Presentation] J-PARCにおける中性子寿命測定実験 : 測定状況と解析及び結果 (2013)
  • Author(s): 山田崇人, 片山領, 横山晴道, 角野浩史, 三島賢二, 山下了, 音野瑛俊, 田中元気, 吉岡瑞樹, 榊原理紗, 杉野智昭, 北口正暁, 広田克也, 清水裕彦, 生出秀行, 猪野隆, 竹谷薫, 酒井健二, 嶋達志, 日野正裕, 関義親
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 高知大学(高知県)
  • Year and Date: 2013-09-23
• [Remarks] 中性子寿命の精密測定 __ 山下研究室 __ 東京大学 素粒子物理国際研究センター
  • URL: http://www.icepp.s.u-tokyo.ac.jp/yamashita/?page=neutron_life
• [Remarks] 東京大学素粒子物理国際研究センター, 山下研究室, 研究紹介, 中性子寿命の精密測定
  • URL: http://www.icepp.s.u-tokyo.ac.jp/yamashita/?page=neutron_life
• [Remarks] 東京大学素粒子物理国際研究センター山下研究室 : 中性子寿命の精密測定
  • URL: http://www.icepp.s.u-tokyo.ac.jp/yamashita/?page=neutron_life