中性子エネルギー分析器の開発とその実用化に関する研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12740251
• 研究機関: 理化学研究所
• 研究代表者: 奥 隆之 理化学研究所, イメージ情報技術開発室, 研究協力員(研究職) (10301748)
• キーワード: 中性子 / 中性子光学 / 中性子シンチレータ / 中性子検出器 / 中性子非弾性錯乱

研究概要

本研究では、中性子エネルギー分析器の開発研究を行った。中性子エネルギー分析器は中性子屈折光学素子と位置敏感検出器を用いて構成するものとし、その要素技術である中性子屈折光学素子と、時間分解能を有し位置分解能に優れた中性子2次元検出器の開発研究を並行して行った。一般に中性子に対する物質の屈折率は1に非常に近く、また、物質による中性子の吸収や、物質の内部構造に起因した散乱が起こるため、エネルギー分析器として用いる中性子屈折光学素子の開発に於いては材料の選択および素子形状の工夫が不可欠である。そこで、まず中性子屈折光学特性に優れていると考えられる材料について、中性子透過率および中性子散乱能の測定を行い、材料の選定を行った。その結果、測定を行った材料の内、MgF_2単結晶が最も中性子光学特性に優れていることが分かった。そこで、MgF_2単結晶を用いて、三角柱形状のプリズムを製作した。プリズムの表面粗さの屈折特性への影響を調べるため、表面粗さが0.02および1.7μm-rmsの異なる2種類のプリズムを製作した。これらの試料について、パルス中性子を用いて中性子屈折特性の評価を行った。その結果、それぞれの試料についてほぼ設計通りの中性子の屈折効果が確認できた。また、表面粗さが1.7μm-rmsの試料は、0.02μm-rmsのものと比較して、屈折後の中性子ビームにぼやけが観測された。表面粗さの屈折効果への影響について定量的な議論を行うためには、さらに系統的な研究が必要である。厚さ0.5mmの中性子シンチレータZnSと断面積0.5x0.5mm^2の波長変換ファイバーを組み合わせて、検出部面積50x50mm^2の中性子2次元検出器を構成した。この検出器に中性子ビームを照射して、中性子検出実験を行った。その結果、中性子の検出に成功し、約0.5mmの位置分解能が得られた。

研究成果

• [文献書誌] T.Oku et al.: "Development of a Fresnel lens for cold neutrons based on neutron refractive optics"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, sect.A. 462. 435-441 (2001)
• [文献書誌] T.Oku et al.: "Neutron beam control using a magnetic doublet"Applied Physics A. (In press).
• [文献書誌] T.Oku et al.: "Development of a magnetic lens and prism for cold neutron and their application to neutron scattering experiments"SPIE. 4509. 96-105 (2001)
• [文献書誌] T.Oku et al.: "Development of optical devices based on neutron refractive optics"KEK Proceedings 2000-22, ICANS-XV. 22. 537-541 (2000)
• [文献書誌] A.Gorin et al.: "Development of scintillation imaging device for cold neutrons"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, sect.A. 479. 456-460 (2002)
• [文献書誌] T.Adachi et al.: "Development of neutron compound refractive optics"Applied Physics A. (In press).