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超冷中性子重力束縛状態のナノ精度測定による近距離重力検証・未知相互作用探索

Research Project

Project/Area Number 15J11161
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
Research InstitutionNagoya University
Research Fellow 河原 宏晃  名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY) 2015-04-24 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords中性子検出器 / 原子核乾板 / 位置分解能 / サブミクロン / 超冷中性子 / 重力 / 中性子捕獲 / 中性子捕獲反応 / 未知相互作用 / ホウ素
Outline of Annual Research Achievements

超冷中性子の重力束縛状態の位置分布の精密測定に向けて、超微粒子原子核乾板を用いた中性子検出器の開発を行った。本研究で開発した中性子検出器は、ホウ素10を含む薄膜に中性子を吸収させ、反応点から放出されるリチウム線やアルファ線を原子核乾板で検出する。超微粒子原子核乾板は位置分解能が数10nmであり、中性子反応点をサブミクロンの精度で決定できる。
本年度は、この検出器を用いた中性子反応の自動読み出し手法の開発に取り組んだ。原子核乾板に記録されたアルファ線、リチウム線の飛跡を光学顕微鏡の自動ステージを用いて画像取得する。飛跡の長さはアルファ線が5.1μm、リチウム線が2.6μmであり、乾板中に銀粒子の点列として3次元的に記録されている。自動反応点検出方法として、乾板中の断層画像一枚に対し直線状の飛跡を検出する方法を開発した。取得した画像を輝度値で二値化し、2次元ハフ変換を用いて線分検出する。この手法で自動検出した場合は、人間が目視確認で検出した反応のうち約85%を検出できることが確認できた。この手法では撮像面に対して垂直に近い方向の飛跡検出が困難な点が難点であった。改善策として、連続して得た断層画像から飛跡の銀粒子の点列を3次元的に再構成する方法を開発した。0.3μm間隔で取得した断層画像から銀粒子一つ一つの3次元輝度重心を決定し、飛跡を3次元の線分として再構成する。得られた線分をホウ素薄膜面へ外挿することで中性子反応点を精度よく決定できる。この手法を用いた場合は、人間が目視確認で検出した反応の約100%を検出できることを確認した。さらに、中性子反応点の位置分解能は、基板に対して垂直な飛跡は10 nm、入射角度45度の飛跡は50 nm程度であることが確認できた。これは近距離重力の精密測定実験に必要な位置分解能を十分に満たしており、期待通りの検出手法が確立したといえる。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report

Research Products

(10 results)

All 2018 2017 2016 2015

All Journal Article Presentation

  • [Journal Article] GRAINE 2015, a balloon-borne emulsion gamma-ray telescope experiment in Australia2016

    • Author(s)
      S.Takahashi, S.Aoki, K.Hamada, T.Inoue, A.Iyono, H.Kawahara, K.Kodama, R.Komatani, M.Komatsu, T.Kosaka, F.Mizutani, M.Morishita, M.Nakamura, T.Nakano, K Niwa, N.Otsuka, K.Ozaki, H.Rokujo, O.Sato, E.Shibayama, A.Suzuki, R.Tanaka, Y.Tateishi, S.Tawa, M.Yabu, K.Yamada, S.Yamamoto, M.Yoshimoto et al.
    • Journal Title

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      Volume: 2016 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1093/ptep/ptw089

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Development of new-type nuclear emulsion for a balloon-borne emulsion gamma-ray telescope experiment2015

    • Author(s)
      K. Ozaki, S. Takahashi et al.
    • Journal Title

      Journal of Instrumentation

      Volume: 10 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1088/1748-0221/10/12/p12018

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 超微粒子原子核乳剤を用いた高分解能冷・超冷中性子検出器2018

    • Author(s)
      長縄直崇
    • Organizer
      日本物理学会春季大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 微粒子原子核乳剤を用いた高分解能冷・超冷中性子検出器の開発2017

    • Author(s)
      長縄直崇
    • Organizer
      日本物理学会春季大会
    • Place of Presentation
      大阪大学豊中キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-17
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Analysis of hadronic interaction of cosmic rays in balloon-borne emulsion chamber2017

    • Author(s)
      Hiroaki Kawahara
    • Organizer
      KMI2017 (The 3rd International symposium "Quest for the Origin of Particles and the Universe")
    • Place of Presentation
      Nagoya University
    • Year and Date
      2017-01-05
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] GRAINE Analysis of cosmic-ray interactions in the emulsion chamber and identification of inside-detector gamma-rays2017

    • Author(s)
      Hiroaki Kawahara
    • Organizer
      ICRC2017 35th International Cosmic Ray Conference
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of High Spatial Resolution Cold/Ultra-Cold Neutron Detector Using Nano Imaging Tracker2017

    • Author(s)
      Satomi Tada
    • Organizer
      NOP2017(International Conference on Neutron Optics)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Toward ultra high resolution position sensitive neutron detector using fine-grained nuclear emulsion2016

    • Author(s)
      Naotaka Naganawa
    • Organizer
      8th International Topical Meeting on Neutron Radiography
    • Place of Presentation
      北京大学英杰交流中心
    • Year and Date
      2016-12-01
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] GRAINE2015年豪州気球実験:ガンマ線コンバーターフライトデータ解析2016

    • Author(s)
      河原宏晃
    • Organizer
      日本物理学会春季大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学泉キャンパス
    • Year and Date
      2016-03-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] エマルションガンマ線望遠鏡による2015年豪州気球実験:フライトデータ解析12015

    • Author(s)
      河原宏晃
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      大阪市立大学杉本キャンパス
    • Year and Date
      2015-09-25
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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Published: 2015-11-26   Modified: 2018-12-17  

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