高輝度・大強度超低速ミュオン用軸収束ソレノイド収集系の設計・開発

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19206014
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物理学一般
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 三宅 康博 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (80209882)
• 研究分担者: 下村 浩一郎 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (60242103) ; 池戸 豊 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 博士研究員 (90415050) ; 中原 一隆 University of Maryland, Physics Department (30455323)
• 連携研究者: 西山 樟生 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 名誉教授 (50164611) ; STRASSER Patrick 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (20342834) ; 河村 成肇 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (60311338) ; 荻津 透 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 超伝導低温工学センター, 教授 (30185524) ; 幸田 章宏 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教 (10415044) ; 牧村 俊助 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 技師補 (10391715) ; 藤森 宏 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教 (60391786) ; 山本 明 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 超伝導低温工学センター, 教授 (30113418) ; 永嶺 謙忠 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 名誉教授 (50010947)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• キーワード: ミュオン / 超低速ミュオン / 超伝導電磁石 / GM冷凍機 / J-PARC / 水素原子

研究概要

本研究の目的は、高輝度・大強度超低速ミュオンビームを得るために、軸収束大立体角表面ミュオンソレノイド収集系の設計・開発を行うことである。従来の加速器施設では、生成標的から2次ビームを引き出すのに四重極電磁石を用いられてきた。この手法では高々40mSr程度の取り込み立体角しか得ることができない。しかしながら本科研費で提案している軸収束大立体角表面ミュオンの引き出し系(常伝導耐放射線ソレノイド+超伝導湾曲ソレノイド)では、400mSrの大立体角で2次ビームを引き出し、実験室への効率的な輸送が可能となる。この手法を確立することができればJ-PARC加速器施設において、世界最高強度表面ミュオンビーム(4MeV)を毎秒5x10^8個引き出す事ができる。現在のKEK、理研RAL施設での表面ミュオン強度は、各々毎秒10^4個(KEK)、毎秒5x10^5個(RAL)程度であり、3桁から5桁もの強度増強が可能である。その結果として、表面ミュオンを減速して得られる超低速ミュオンビームを飛躍的に大強度化(毎秒10^<4-5>個)することができ、表面・界面磁性、触媒化学等の研究に極めて大きいインパクトを与える事ができる。また、正の表面ミュオンだけでなく運動量が等価の負ミュオンも同時に引き出すことができるというユニークな試みである。2008年度は、湾曲超伝導電磁石の、超伝導線材の購入し、超伝導コイルを設計、製作した。特に、2009年度には、MgB2線材を用いたテストコイルの製作するとともに、セグメント化したテストコイルを湾曲状に配置し、電磁力の効果、発生磁場の精密測定を行い、最終的な湾曲ソレノイド電磁石の設計を完成させた。

研究成果

• [雑誌論文] 超低速ミュオンビームによるナノメータースケールミュオンスピン回転・緩和法への展開 (2009)
  • 著者名/発表者名: 三宅康博, 松田恭幸, 西田信彦
  • 雑誌名: 固体物理 vol.44,No.11 ページ: 855-863 (139-147)
• [雑誌論文] 超低速ミュオンとその応用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 三宅康博パリティ
  • 雑誌名: 物理科学この一年 ページ: 13-15
• [雑誌論文] Ultra Slow Muon Project at J-PARC, MUSE (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyake, K. Nakahara, K. Shimomura, P. Strasser, N. Kawamura, A. Koda, S. Makimura, H. Fujimori, K. Nishiyama, Y. Matsuda, P. Bakule, T. Adachi, T. Ogitsu
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 1104 ページ: 47-52
• [雑誌論文] Prospects for Ultra Low Energy Muon Beam at J-PARC (2009)
  • 著者名/発表者名: P. Bakule, Y. Matsuda, Y. Miyake, K. Nagamine, K. Shimomura, P. Strasser, S. Makimura, M. Iwasaki
  • 雑誌名: International symposium on Pulsed Neutron and Muon Sciences ページ: 35-37
• [雑誌論文] The super omega muon beamline at J-PARC (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Nakahara, Y. Miyake, K. Shimomura, P. Strasser, K. Nishiyama, N. Kawamura, H. Fujimori, S. Makimura, A. Koda, K. Nagamine, T. Ogitsu, A. Yamamoto, T. Adachi, K. Sasaki, K. Tanaka, N. Kimura, Y. Makida, Y. Ajima, K. Ishida, Y. Matsuda
  • 雑誌名: Nucl. Instr. And Meth. in Phys. Res. A 600 ページ: 132-134
• [雑誌論文] Birth of an intense pulsed muon source, J-PARC MUSE (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyake, K. Shimomura, N. Kawamura, P. Strasser, S. Makimura, A. Koda, H. Fujimori, K. Nakahara, R. Kadono, M. Kato, S. Takeshita, K. Nishiyama, W. Higemoto, K. Ishida, T. Matsuzaki, Y. Matsuda, K. Nagamine
  • 雑誌名: Physica B 404 ページ: 957-961
• [雑誌論文] Muon Beams at the J-PARC Muon Facility and their application (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyake
  • 雑誌名: IPS08“Pulsed Neutron and Muon Sciences, (2008), Nucl. Instr. and Meth. In Phys. Res. A 600 ページ: 22-24
• [雑誌論文] Design strategy for devices under high radiation fi eld in J-PARC muon facility (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Kawamura, S. Makimura, P. Strasser, A. Koda, H. Fujimori, K. Nishiyama, Y. Miyake, MLF Muon Section
  • 雑誌名: Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A 600 ページ: 114-116
• [雑誌論文] Settlement of Materials and Life Science Experimental Facility at J-PARC (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Harada, S. Meigo, M. Ito, E. Dantsuji, K. Takigawa, H. Takada, F. Maekawa, M. Futakawa, M. Nakamura, Y. Miyake, Y. Ikeda
  • 雑誌名: Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A 600 ページ: 87-90
• [雑誌論文] J-PARC muon control system (2009)
  • 著者名/発表者名: W. Higemoto, K. Shimomura, Y. Kobayashi, S. Makimura, Y. Miyake, Y. Kai, K. Sakai
  • 雑誌名: Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A 600 ページ: 179-181
• [雑誌論文] JAEA-ASRCμSR project at J-PARC (2009)
  • 著者名/発表者名: W. Higemoto, R.H. Heffner, K. Shimomura, K. Nishiyama, Y. Miyake
  • 雑誌名: Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A 600 ページ: 182-184
• [雑誌論文] Alignment and shields in the M2 primary proton beamline at J-PARC (2009)
  • 著者名/発表者名: P. Strasser, Y. Miyake, N. Kawamura, S. Makimura, K. Nishiyama
  • 雑誌名: Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A 600 ページ: 154-156
• [雑誌論文] Present status of construction for the muon target in J-PARC (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Makimura, Y. Miyake, N. Kawamura, P. Strasser, A. Koda, K. Shimomura, H. Fujimori, K. Nishiyama, M. Kato, K. Nakahara, R. Kadono, Y. Kobayashi, J. Sagawa, T. Nakamura, M. Kaneko, H. Ozaki, H. Okamura, T. Suzuki, K. Fujimoto, K. Kira
  • 雑誌名: Nucl. Instr. And Meth. in Phys. Res. A 600 ページ: 146-149
• [雑誌論文] Superconducting muon channel at J-PARC (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Shimomura, A. Koda, P. Strasser, N. Kawamura, H. Fujimori, S. Makimura, W. Higemoto, K. Nakahara, K. Ishida, K. Nishiyama, K. Nagamiine, Y. Miyake
  • 雑誌名: Nucl. Instr. And Meth. in Phys. Res. A 600 ページ: 192-194
• [雑誌論文] Radiation resistant magnets for the J-PARC muon facility (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Fujimori, N. Kawamura, S. Meigo, P. Strasser, K. Nakahara, Y. Miyak
  • 雑誌名: Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A 600 ページ: 170-172
• [雑誌論文] 世界最強度の核破砕中性子源・ミュオン源が稼働へ (2008)
  • 著者名/発表者名: 二川正敏, 加藤崇, 神永雅紀, 三宅康博
  • 雑誌名: エネルギーレビュー 第28巻第7号 ページ: 19-22
• [雑誌論文] いよいよ動き出すJ-PARC世界最高性能の実験施設群 (2008)
  • 著者名/発表者名: 池田裕二郎, 三宅康博, 田中万博, 山田善一
  • 雑誌名: 原子力eye Vol.54No.6
• [雑誌論文] Pulsed source of ultra low energy positive muons for near-surfaceμSR studies (2008)
  • 著者名/発表者名: P. Bakule, Y. Matsuda, Y. Miyake, K. Nagamine, M. Iwasaki, Y. Ikedo, K. Shimomura, P. Strasser, S. Makimura
  • 雑誌名: Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B 266 ページ: 335-346
• [雑誌論文] Construction of the Super Omega Muon Beamline at J-PARC (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Nakahara, Y. Miyake, K. Shimomura, P. Strasser, K. Nishiyama, N. Kawamura, H. Fujimori, S. Makimura, A. Koda, K. Nagamine, T. Ogitsu, A. Yamamoto, T. Adachi, K Sasaki, K. Tanaka, N. Kimura, Y. Makida, Y. Ajima, K. Ishida, Y. Matsuda
  • 雑誌名: μCF-07 Proceedings (Dubna Press) ページ: 389-396
• [雑誌論文] Design of the Large Acceptance Muon Beamline at J-PARC (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Nakahara, Y. Miyake, K. Shimomura, P. Strasser, K. Nishiyama, N. Kawamura, H. Fujimori, S. Makimura, A. Koda, K. Nagamine, T. Ogitsu, A. Yamamoto, T. Adachi, K. Sasaki, K. Tanaka, N. Kimura, Y. Makida, Y. Ajima, K. Ishida, Y. Matsuda
  • 雑誌名: Proceedings of the International Workshop on Neutrino Factories, Superbeams, and Betabeams [NuFact07] (Okayama, Japan, 2007), AIP Conference Proceedings 981 ページ: 312-314
• [雑誌論文] J-PARC Muon Science Facility and its physics to be planned (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyake, N. Kawamura, P. Strasser, S. Makimura, A. Koda, K. Shimomura, H. Fujimori, K. Nakahara, K. Nishiyama, W. Higemoto, K. Ishida, T, Matsuzaki, Y. Matsuda, K. Nagamine
  • 雑誌名: μCF-07 Proceedings(Dubna Press) ページ: 373-379
• [雑誌論文] The present status of R&D for the muon target at J-PARC: The development of silverbrazing method for graphite (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Makimura, H. Ozaki, H. Okamura, M. Futakawa, T. Naoe, Y. Miyake, N. Kawamura, K. Nishiyama, M. Kawa
  • 雑誌名: J. of Nucl. Materi. 377 ページ: 8-33
• [雑誌論文] Status of Decay/Surface Muon Channel for the Muon Science in J-PARC (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Shimomura, Y. Miyake, P. Strasser, A. Koda, N. Kawamura, S. Makimura, H. Fujimori, K. Nakahara, R. Kadono, K. Ishida, J. Doornbos, W. Higemoto, K. Nishiyama, K. Nagamine
  • 雑誌名: Betabeams [NuFact07] (Okayama, Japan, (2007), AIP Conference Proceedings 981 ページ: 381-383
• [雑誌論文] J-PARCが択くミュオン科学特集「超低速ミュオンスペクトロスコピー」 (2007)
  • 著者名/発表者名: 三宅康博
  • 雑誌名: 原子核研究 Vol.52 ページ: 13-21
• [雑誌論文] 東京大学修士論文
  • 著者名/発表者名: 足立泰平氏
• [雑誌論文] The Next Generation Muon Source at J-PARC/MLF
  • 著者名/発表者名: K. Nakahara, T. Adachi, Y. Ikedo, Y. Miyake, K. Shimomura, P. Strasser, K. Nishiyama, N. Kawamura, H. Fujimori, S. Makimura, A. Koda, K. Nagamine, T. Ogitsu, A. Yamamoto, K. Sasaki, K. Tanaka, N. Kimura, Y. Makida, Y. Ajima, K. Ishida, Y. Matsuda
• [雑誌論文] J-PARC Project-Muon Science
  • 著者名/発表者名: Y. Miyake
  • 雑誌名: Nuclear Physics News
• [雑誌論文] J-PARC Muon Facility, MUSE
  • 著者名/発表者名: Y. Miyake
  • 雑誌名: ASR International Conference
• [学会発表] J-PARC Muon Facility, MUSE, Miyake (J-PARC) (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyake
  • 学会等名: Advanced Science Research Symposium 2009 (ASR2009) Positron, Muon and other exotic particle beams for materials and atomic/molecular sciences
  • 発表場所: Techno Community Square Ricotti, Tokai, Japan
  • 年月日: 20091110-20091112
• [学会発表] Simulation study on curved transport solenoids for the super omega muon beamline (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Ikedo
  • 学会等名: Advanced Science Research Symposium 2009 (ASR2009) Positron, Muon and other exotic particle beams for materials and atomic/molecular sciences
  • 発表場所: Techno Community Square Ricotti, Tokai, Japan
  • 年月日: 20091110-20091112
• [学会発表] The Next Generation Muon Source at J-PARC/MUSE (2009)
  • 著者名/発表者名: Nakahara
  • 学会等名: Kazutaka 11th International Workshop on Neutrino Factories, Superbeams and Beta Beams (NuFact09)
  • 発表場所: Illinois Institute of Technology Chicago
  • 年月日: 20090720-20090725
• [学会発表] Study of Superconducting Curved Solenoids for a High Intensity Muon Beam Line (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Adachi, Y. Ikedo, K. Nakahara, Y. Miyake, K. Shimomura, P. Strasser, A. Yamamoto, T. Ogitsu, T. Nakamoto, K. Sasaki, K. Tanaka, Y. Makida, Y. Ajima
  • 学会等名: Magnetic technology 2009
  • 年月日: 20090000
• [学会発表] シンポジウム講演「超低速ミュオンが拓く表面・界面・薄膜ナノサイエンス」J-PARCで実現される高輝度・大強度超低速ミュオン源 (2009)
  • 著者名/発表者名: 三宅康博
  • 学会等名: 2009年春物理学会総会
  • 発表場所: 立教大学
  • 年月日: 20090000
• [学会発表] J-PARC・MLFにおけるスーパーオメガミュオンビームライン (2009)
  • 著者名/発表者名: 中原一隆, 三宅康博, 下村浩一郎, Patrick Strasser, 西山樟生, 河村成肇, 藤森寛, 幸田章宏, 永嶺謙忠, 荻津透, 山本明, 佐々木憲一, 田中賢一, 足立秦平, 木村誠宏, 中本建志, 石田勝彦, 松田恭幸
  • 学会等名: 2009年春:「第64回年次大会」
  • 発表場所: 立教大/立教池袋中・高
  • 年月日: 20090000
• [学会発表] Prospects for Ultra Low Energy Muon Beam at J-PARC (2008)
  • 著者名/発表者名: P. Bakule, Y. Matsuda, Y. Miyake, et al.
  • 学会等名: International symposium on“Pulsed Neutron and Muon Sciences, IPS08
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] Muon Beams at the J-PARC Muon Facility and their application (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyake
  • 学会等名: International symposium on“Pulsed Neutron and Muon
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] Birth of the J-PARC Muon Facility MUSE (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyake
  • 学会等名: International symposium on“Muon Spin Rotation/Relaxation/Relaxation"
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] J-PARCに於けるミュオン利用研究 (2007)
  • 著者名/発表者名: 三宅康博
  • 学会等名: 高エネルギー加速器科学奨励会, 第23回特別講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] J-PARC Muon Science Facility and its physics to be planned (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyake
  • 学会等名: International Conference on Muon Catalyzed Fusion and Related TopicsμCF-07
  • 発表場所: Dubna
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] Construction of the Super Omega Muon Beamline at J-PARC (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Nakahara, Y. Miyake, K. Shimomura, P. Strasser, K. Nishiyama, N. Kawamura, H. Fujimori, S. Makimura, A. Koda, K. Nagamine, T. Ogitsu, A. Yamamoto, T. Adachi, K. Sasaki, K. Tanaka, N. Kimura, Y. Makida, Y. Ajima, K. Ishida, Y. Matsuda
  • 学会等名: International, Conference on Muon Catalyzed Fusion and Related TopicsμCF-07
  • 発表場所: Dubna
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] Muon Beams at the J-PARC Muon Facility and their application (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyake
  • 学会等名: International symposium on“Charged Particle and Photon Interactions with Matter, ASR2007
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] エキゾチック粒子で探る物質ナノ構造と物性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 下村浩一郎
  • 学会等名: ミュオンで探る半導体電気伝導性起源の研究、日本物理学会2007, 年次大会シンポジウム講演
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] Superconducting muon channel at the J-PARC MLF (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Shimomura
  • 学会等名: 9th International Workshop on Neutrino Factories and Superbeams
  • 発表場所: Okayama, Japan
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] 理研RALミュオン施設における超低速ミュオンスペクトロメータの開発 (2007)
  • 著者名/発表者名: 松田恭幸, Pavel Bakule, Patrick Strasser, 池戸豊, 岩崎雅彦, 下村浩一郎, 永嶺謙忠, 牧村俊助, 三宅康博
  • 学会等名: 2007年秋:「第62回年次大会」
  • 発表場所: 北大
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] 超低速ミュオンビームによる表面・界面・ナノ物質研究への展開
  • 著者名/発表者名: 三宅康博, 西田信彦, 福谷克之, 髭本亘, 杉山純, 吉野淳二, 永嶺謙忠, 松田恭幸, 鳥養映子, 下村浩一郎, 池戸豊, 西山樟生, 門野良典
  • 学会等名: 物構研シンポジウム‘09放射光・中性子・ミュオンを用いた表面・界面科学の最前線
• [学会発表] 大強度、高輝度超低速ミュオン源
  • 著者名/発表者名: 池戸豊, 三宅康博, 下村浩一郎, Patrick Strasser, 河村成肇, 西山樟生, 牧村俊介, 藤森弘, 幸田彰宏, 足立泰平, 荻津透, 槙田康博, 中本建志, 山本明, 安島泰雄, 髭本亘, 松田恭幸
  • 学会等名: 物構研シンポジウム‘09放射光・中性子・ミュオンを用いた表面・界面科学の最前線
• [図書] Modern slow muon beam production techniques
  • 著者名/発表者名: K. Ghandi, Y. Miyake
  • 出版者: CRC/T&F Press
• [備考]
  • URL: http://slowmuon.kek.jp/