| 研究課題/領域番号 |
21K13940
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分15020:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する実験
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
今城 想平 大阪大学, 核物理研究センター, 特任研究員 (10796486)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | 超冷中性子 / 中性子光学 / 中性子ガイド管 / 反射モデル / 表面粗さ / 装置開発 / シミュレーション / BRDF / 2次元検出器 / 散漫散乱 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
超冷中性子(UCN)を光学的に輸送するガイド管の表面粗さに対応した反射モデルを検証する。J-PARC/MLF BL05 において中性子ドップラーシフターが供するパルスUCNを試験サンプルに複数の入射角において斜入射させ、散漫散乱に起因する反射回数に比例したパルスUCNの飛行時間分布の変形を測定し、拡散反射モデルを組み込んだ粒子輸送シミュレーションと比較する。試験されるガイド管はカナダTRIUMFで行なわれる中性子電気双極子能率探索実験において使用される。
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| 研究成果の概要 |
中性子の電気双極子モーメント測定実験などの基礎物理実験に使用される超冷中性子(UCN) を輸送するガイド管の開発に対して、ガイド管実機のUCN輸送効率およびその内面の表面粗さを評価する新しい手法を開発した。また周期が数十ナノメートル程度の比較的大きな表面粗さに対するUCNの反射が可視光線の拡散反射モデルを用いて記述できることを実験とシミュレーションを比較して確かめた。さらに反射モデルをより詳細に検証するために、表面に数～数十ナノメートルサイズの凹凸を持たせた平板サンプルに発散角を制限したUCNビームを照射し、反射UCNの拡散を2次元検出器で確認した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
粗い表面に対する量子力学的な中性子反射モデルの適用範囲はこれまで数ナノメートルサイズの凹凸に制限されており、研磨された金属表面のような比較的大きな粗さを取り扱えるものが存在しなかった。この研究では中性子と光とのアナロジーに基づいて、古典的な光学からアプローチすることで中性子光学が取り扱える表面粗さの範囲を拡大することができた。中性子輸送ガイド管は超冷中性子だけでなく低速中性子を利用する実験全般で用いられている。我々が検証した反射モデルを用いることでそれらの中性子輸送の理解がより正確になり、より輸送効率の高いガイド管の作成が実現すると思われる。
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