熱外中性子偏極デバイスの開発と実用化に関する研究

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K11929
• 研究機関: 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 奥 隆之 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, リーダー (10301748)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 中性子 / 偏極中性子 / 熱外中性子 / スピン交換光ポンピング法 / SEOP

研究実績の概要

本研究では、熱外中性子を効率良く偏極して用いるための、熱外中性子の偏極技術開発及びその実用化に関する研究として、熱外中性子を安定に且つ効率良く偏極させることができる唯一の方法であるスピン交換光ポンピング(Spin-Exchanged Optical Pumping, SEOP)法に基づくHe-3ガスを用いた中性子偏極フィルター(以下、He-3偏極フィルターと称する)の開発を目的としている。熱外中性子を効率良く偏極させるためには、多量（[セルの単位体積]x[He-3ガス圧]/[中性子ビーム断面積]>25atm・cm）のHe-3ガスの核スピンを約80%程度以上の高い偏極度まで偏極させる必要がある。
本研究課題の最終年度である2020年度は、2年度目までに開発した技術を用いて、He-3ガス量26 atm・cmのHe-3偏極フィルターを開発した。そして、中性子透過率測定により、He-3偏極フィルターのHe-3核スピン偏極度を評価した結果、He-3核スピン度が85％を達成していることを確認した。また、このHe-3偏極フィルターを用いて、中性子偏極度~50%の熱外中性子（中性子エネルギー0.5eV）の発生に成功した。さらに、このHe-3偏極フィルターを用いて、原子核の時間反転対象性の破れに関する実験を行い、物理データの取得に成功した。得られた実験結果については、学会発表及び論文発表を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Study of Neutron Nuclear Spin Correlation Term with a Polarized Xe Target (2021)
  • 著者名/発表者名: Sakai Kenji、Oku Takayuki、Okudaira Takuya、Kai Tetsuya、Harada Masahide、Hiroi Kosuke、Hayashida Hirotoshi、Kakurai Kazuhisa、Shimizu Hirohiko M.、Hirota Katsuya、Yamamoto Tomoki、Ino Takashi
  • 雑誌名: Proceedings of the 3rd J-PARC Symposium (J-PARC2019) 巻: 33 ページ: 011116-1～6
  • DOI: 10.7566/JPSCP.33.011116
• [雑誌論文] A Neutron Depolarization Measurement of Single Crystal Fe by Using a 3He Neutron Spin Filter and Magnetic Super-mirrors (2021)
  • 著者名/発表者名: Okudaira Takuya、Oku Takayuki、Sakai Kenji、Hiroi Kosuke、Shinohara Takenao、Ino Takashi、Kira Hiroshi、Hayashida Hirotoshi、Suzuki Jun-ichi、Kakurai Kazuhisa、Aizawa Kazuya
  • 雑誌名: Proceedings of the 3rd J-PARC Symposium (J-PARC2019) 巻: 33 ページ: 011096-1～6
  • DOI: 10.7566/JPSCP.33.011096
• [雑誌論文] Polarization analysis for small-angle neutron scattering with a 3He spin filter at a pulsed neutron source (2021)
  • 著者名/発表者名: Okudaira Takuya、Ueda Yuki、Hiroi Kosuke、Motokawa Ryuhei、Inamura Yasuhiro、Takata Shin-ichi、Oku Takayuki、Suzuki Jun-ichi、Takahashi Shingo、Endo Hitoshi、Iwase Hiroki
  • 雑誌名: Journal of Applied Crystallography 巻: 54 ページ: 548～556
  • DOI: 10.1107/S1600576721001643
• [雑誌論文] Transverse asymmetry of γ rays from neutron-induced compound states of La140 (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto T.、Okudaira T.、Endo S.、Fujioka H.、Hirota K.、Ino T.、Ishizaki K.、Kimura A.、Kitaguchi M.、Koga J.、Makise S.、Niinomi Y.、Oku T.、Sakai K.、Shima T.、Shimizu H. M.、Takada S.、Tani Y.、Yoshikawa H.、Yoshioka T.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 101 ページ: 064624-1～8
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.101.064624
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development and application of a 3He Neutron Spin Filter at J-PARC (2020)
  • 著者名/発表者名: Okudaira T.、Oku T.、Ino T.、Hayashida H.、Kira H.、Sakai K.、Hiroi K.、Takahashi S.、Aizawa K.、Endo H.、Endo S.、Hino M.、Hirota K.、Honda T.、Ikeda K.、Kakurai K.、Kambara W.、Kitaguchi M.、Oda T.、Ohshita H.、Otomo T.、Shimizu H.M.、Shinohara T.、Suzuki J.、Yamamoto T.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 977 ページ: 164301～164301
  • DOI: 10.1016/j.nima.2020.164301
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of an in Situ 3He NSF Using SEOP Technique with an Evaluation System for the Pulsed Neutron Source (2020)
  • 著者名/発表者名: Okudaira T.、Oku T.、Sakai K.、Ino T.、Hayashida H.、Hiroi K.、Shinohara T.、Kakurai K.、Aizawa K.
  • 雑誌名: Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques 巻: 14 ページ: S165～S168
  • DOI: 10.1134/S1027451020070356
  • 査読あり
• [学会発表] 中性子デバイス (2021)
  • 著者名/発表者名: 奥 隆之
  • 学会等名: MLFシンポジウム
• [学会発表] Development and application of a spin-exchange optical pumping He-3 neutron spin filter at J-PARC (2020)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Oku
  • 学会等名: ESS Polarisation Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development and application of a SEOP-based 3He spin filter at J-PARC (2020)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Oku
  • 学会等名: 2020 Neutron Polarization Workshop
  • 国際学会 / 招待講演