UCNボトル実験のためのUCN用固体型検出器の開発研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12740142
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 酒井 健二 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (40272661)
• キーワード: 超冷中性子(UCN) / UCN固体検出器 / 荷電粒子変換膜 / UCN速度スペクトル / ^6Li含有度 / 全反射速度依存性 / 大強度UCNビーム / LiOH

研究概要

超冷中性子(UCN、E【less than or equal】02μeV)は、物質表面で全反射する特性のため精密実験にしばしば利用されるが、その特性のため検出には様々な問題が生じる。本研究では荷電粒子変換膜内での^6Li(n.α)t反応から生じるα、tを半導体部で検出する固体UCN検出器の開発と実用化を目指している。この検出器は、測定可能なUCN速度下限値、低温特性等、従来の^3Heガス検出器に比べ多くの利点を有する。前年度は、^6Li膜を蒸着したAl箔を半導体上にのせた検出器を開発し、「UCN磁気減速効果測定実験」でKUR-UCNタービンから供給されるUCNエネルギー分布等を測定することに成功した。本年度は数種の変換膜を作成し、ILL(フランス)の大強度UCNビームを用いUCN固体検出器の特性試験を行った。UCNビームはタービンからAl窓を透過して供給されるため、ビームを垂直に打ち上げ減速することでUCNの速度範囲をAl全反射速度(3.2m/s)以下にまで広げ、更に回転チョッパーを用い速度選別することで、固体検出器のUCN速度依存性測定を可能にした。変換膜には、前年度にKURで用いた変換膜の他に、LiF、LiOHをAl箔やPET箔に蒸着したものを作成した。更に^6Liの含有度を変えることで変換膜の全反射速度をAl全反射速度(3.2m/s)以下にまで広げたり、蒸着条件やビーム入射方向を変えることで表面状態を変化させたりして、最適な変換膜条件の探索を行った。様々な測定の結果として、1)^3Heガス検出器では測定不可能なAl全反射速度以下のUCNを検出できた、2)^6Liの含有度を変える等の操作でバックグランドになるVCNに対するUCNの相対的な検出効率が向上した、3)殆どの変換膜でその全反射速度依存性とは無関係に1m/s以下の速度をもつUCNを検出できた。3)については、変換膜直前に置かれたAlやNi箔によるUCNの全反射は観測できているので実際に起こっている現象である。これよりUCNの検出効率は、単に膜の平均的な全反射速度のみに依存せず、境界付近の膜の密度分布や表面の凹凸状態にも依存することが推定される。この特性は検出器としては望ましいものとなる。本研究で得られた知見はUCN検出に対し様々な応用が期待できる。申請者は「低エネルギー中性子二次元検出器の研究開発」もテーマとしており、今回得られた知見と組み合わせて、VCNやUCN領域にも応用できないかを検討している。

研究成果

• [文献書誌] T.Kitagaki, M.Higuchi, K.Sakai, et al.: "Solid-state Ultra-Cold Neutron Detectors"Proc. XV Int. Collaboration on Adv. Neutron Sources (ICANS-XV), KEK Proceeding 2000-22/JAERI-Conf 2001-0002. 1075-1085 (2001)
• [文献書誌] K.Sakai, et al.: "Development of a two-dimensional imaging detector based on a neutron scintillator with wavelength-shifting fibers"Applied Physics A (accepted). (2002)
• [文献書誌] T.Kitagaki, M.Utsuro, M.Hino, K.Sakai, et al.: "超冷中性子検出器の研究(2001ILL実験)"平成13年度RCNP研究会"超冷中性子の発生と基礎物理"ISBN4-9900360-4-2. C0042. 59-68 (2001)
• [文献書誌] K.Sakai: "VCNの磁気制御、検出と基礎物理への応用"平成13年度RCNP研究会"超冷中性子の発生と基礎物理"ISBN4-9900360-4-2. C0042. 194-202 (2001)
• [文献書誌] K.Sakai, et al.: "A new method of UCN production using a spatially alternating magnetic field with spin flips"AIP Conference Proceedings. 570. 877-877 (2001)
• [文献書誌] T.Adachi, K.Sakai, et al.: "Development of Detector Based on Neutron Scintillator with Wavelength Shifting Fiber"Proc. XV Int. Collaboration on Adv. Neutron Sources (ICANS-XV) KEK Proceeding 2000-22/JAERI-Conf 2001-0002. 621-623 (2001)