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ガラスキャピラリーによる超低エミッタンス超低速ミュオンの生成

公募研究

研究領域超低速ミュオン顕微鏡が拓く物質・生命・素粒子科学のフロンティア
研究課題/領域番号 26108703
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関筑波大学

研究代表者

関場 大一郎  筑波大学, 数理物質系, 講師 (20396807)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
2015年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2014年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワードミュオン / ガラスキャピラリー / イオンビーム
研究実績の概要

J-PARCの超低速ミュオン(10 keV)をマイクロビーム化するにあたり、4重極レンズの前段でサブミリのビーム径かつ低エミッタンスの超低速ミュオンを生成する必要がある。通常のビーム光学系ではこの2つの性質を両立することは原理的に困難である。解決手法の1つとしてテーパー型のガラスキャピラリーの使用が挙げられる。入口径がミリメートルオーダーで出口径がミクロン~数十ミクロンのテーパー型キャピラリーに荷電粒子(イオンビーム)を透過させる研究がこの10年ほど精力的に行われてきた。透過率とエミッタンスからなる透過特性は一般にガラスキャピラリーの形状に依存するが、多くの場合単純な入口径と出口径の比から期待されるよりも10倍程度の透過率を示し、エミッタンスは1桁から2桁程度低下する。これまでに研究されたイオン種としてはMeVのイオンとkeVの低速多価イオン(主にAr)があるが、どちらの場合も似たような透過特性を示す。しかし透過の原理は2つで大きく異なり、透過特性の数値的な値がほぼ一致しているのは偶然と考えられる。前者はガラス内壁でのラザフォード散乱による1回散乱成分が加わることにより透過率が上昇しているのに対し、後者ではガラス内壁の不均一な正の帯電によるガイド効果に起因することが分かっている。ミュオンはプロトンの約1/10の質量を持ち、かつ1価の電荷を持つため、上記の2つのエネルギーや価数のクロスオーバー領域に相当し、どのような透過特性が得られるのか情報がなかった。そこで100 keV~1 MeVのプロトンとヘリウムイオンを用いて超低速ミュオンをシミュレートし、透過特性の推定を行った。実験結果による経験則として、この領域ではエネルギーではなく運動量で透過率をスケーリングできることが分かった。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて 2015 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Composition-induced structural, electrical, and magnetic phase transitions in AX-type mixed-valence cobalt oxynitride epitaxial thin films2015

    • 著者名/発表者名
      J. Takahashi, Y. Hirose, D. Oka, S. Nakao, C. Yang, T. Fukumura, I. Harayama, D. Sekiba, T. Hasegawa
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 107 号: 23 ページ: 2319061-5

    • DOI

      10.1063/1.4937431

    • NAID

      120007130028

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Multi-Phonon Excitations in Fe 2p RIXS on Mg2FeH62015

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Kurita, Daiichiro Sekiba, Isao Harayama, Kenta Chito, Yoshihisa Harada, Hisao Kiuchi, Masaharu Oshima, Shigeyuki Takagi, Motoaki Matsuo, Ryutaro Sato, Katsutoshi Aoki, and Shin-ichi Orimo
    • 雑誌名

      Journal of The Physical Society of Japan

      巻: 84

    • NAID

      210000133491

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] マイクロミュオンビームに向けたキャピラリ透過特性の運動量依存性の研究2015

    • 著者名/発表者名
      樫福亜矢、関場大一郎
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学千里山キャンパス(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] 水素量子アトミクス研究室(関場研究室)

    • URL

      http://www.tac.tsukuba.ac.jp/~sekiba/index.html

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

URL: 

公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-28  

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