2014S03
MLF-BL04, BL05, BL10, BL16, BL17, BL21

パルス冷中性子を用いた基礎物理研究
Fundamental Physics using Pulsed Cold Neutrons
清水裕彦
名古屋大学理学研究科(on behalf of NOP Collaboraiton)
J-PARC/MLF に配備されたスパレーション中性子源は、瞬間最大輝度において世界最高レベルの冷中性子ビームを供給している。この特性を活かして、中性子を用いた素粒子・原子核物理学研究を実施しており、現状を報告する。
テーマを列挙すると、(1)中性子平均寿命の測定、(2)中性子の希ガス散乱における散乱中性子の角分布測定による未知相互作用の探索、(3)複合核状態における離散的対称性の破れ、(4)単結晶による中性子回折を利用した中性子電気双極子能率の探索実験、(5)ドップラーシフターを用いた超冷中性子発生、(6)超冷中性子反射光学系の研究、(7)中性子リバンチャー(中性子加減速機を用いた時間収束光学系)の研究、(8) 3He スピンフィルターの性能評価、(9)高計数率熱外中性子検出器の開発などである。これらはビームの定常的供給が始まったことで、ほぼ同時並行的に進行しており、成果がまとまる前段階に至っている。今回は現状報告となるが、上記(3)については入射中性子の部分波間での干渉機構が解明されつつあり、その進捗状況をまとめて紹介する。
個別の成果は別途のポスターによって紹介される予定である。

2014S05
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MLF-BL21 (2014S06)

全散乱法による水素化物の規則−不規則構造解析
Analysis of ordered/disordered structure in hydrides
with total scattering technique
大友季哉 1, 2, 3、池田一貴 1、本田孝志 1、大下英敏 1、鈴谷賢太郎 4、川北至信
4、社本真一 5、樹神克明 5、福永俊晴 6、森一広 6、小野寺陽平 6、亀田恭男 7、
山口敏男 8、吉田亨次 8、丸山健二 9、榊浩司 10、Hyunjeong Kim10、中村優美子
10、町田晃彦 11、服部高典 4、伊藤恵司 12
1 KEK 物構研中性子、2 総研大高エ、3 茨城大理工、4 JAEA J-PARC センター、5 JAEA 量子ビーム、6 京大原子炉、7 山形大、8 福岡大、9 新潟大、10産総研、11 量研機構、12 岡山大
物質中の水素は、生命活動から新規材料まで、様々な物性や機能を誘起する元素である。中性子は水素（プロトン）を高精度で観測しうる量子ビームであり、とくに物質中の水素–水素相関の観測においては唯一のプローブと言える。中性子全散乱法により、液体、非晶質を始めとして結晶における不規則構造の解析が可能である。本研究は、J-PARC 物質・生命科学実験施設・高強度全散乱装置（NOVA）の高度化を行いながら、全散乱法を用いて規則−不規則構造の観測により、水素貯蔵材料のおける水素貯蔵メカニズムの基盤研究を行うとともに、多彩な物質の物性・機能の構造的な起源を全散乱法により解明することを目指すものである。
本研究における NOVA の高度化として、測定基盤技術の高度化、PDF 解析法による物質中水素の構造解析、結晶 PDF 解析の高度化、構造モデリング高度化等を進めている。
平成 28 年の主な成果
・ 測定基盤技術の高度化Ø 高圧水素ガス実験用試料容器の開発、温度調整可能試料交換機、室温 40 試料交換機、トップローディング型クライオスタットなどの試料環
境整備・ PDF 解析法による物質中水素の構造解析
Ø NaAlH （ D ） 4 に お け る 水 素 吸 蔵 放 出 反 応 プ ロ セ ス の 構 造 的 理 解（2015MP003）
Ø バナジウム系合金の劣化メカニズムの解明
・ 構造モデリング高度化による非晶質・液体の構造解析
Ø 超イオン伝導体（ガラス、結晶）のイオン伝導経路の解明
Ø 6Li/7Li 同位体置換試料を用いた溶液の精密構造解析技術の開発

2014S07áàÚÉ×àÌÒÅ

ÞÉäÖåØËáàÚÅ×àÌÒÅ L3ÄĴĿŊĮĳŋ)ÅÆèÝâÅåãæÙÇĜēģĜ*©f ¼ńŇŋ¹ÅDevelopment of ellipsoidal neutron focusing
supermirror for neutron resonance spin echo
spectrometers (VIN ROSE) at BL06 at J-PARC/MLFXµi ÍĂ9{°³ ÍĂ± ÎĂ={M! ÎĂpQ ÎĂÅ~R ÏĂ=G¨ ÏĂj{[ ÏĂ$l;y ÍĂ>" ÍÅÍ2ÈÅÎßÙßÈÅÏ wL3ĝĸĻg¯ĜZºāºÀ-ĜWĬŁŉŋŀbĩ@]Ě3ĘąĩĊĂL3ECěĦĕėo4Ċ»ĎĪėĆĩăL3ĴĿŊĮĳŋmĝL3ĴĿŊęĆć|CĬ8ďĂĴĿŊĜ Ĭ6IĐĩčęĘĂ
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2014S08
MLF-BL16

中性子反射率計 SOFIA における集光ミラー・検出器開発 2
Development of Focusing Mirror and Detector for
Neutron Reflectometer SOFIA (2)山田悟史 1, 細畠拓也 2, 日野正裕 3, 藤原健 4,堀耕一郎 1, 佐藤節夫 1, 山形豊 2
1KEK, 2 理研, 3 京大, 4 産総研
中性子反射率法は物質の界面で反射された中性子を計測し、その干渉を利用することによって数 nm～数百 nm スケールにおける深さ方向に対する散乱振幅密度の分布を観察する手法である。中性子は物質透過性が著しく高く、物質に内在する「埋もれた界面」を容易に評価することが可能な上、重水素化ラベル法を用いることによって特定の部位にコントラストを付けて観測できるというメリットがある。
J-PARC MLF の BL16 に設置された試料水平型中性子反射率計 SOFIA は大強度パルス中性子ビームを生かした短時間測定と低いバックグラウンドを特徴とする装置である。また、2 次元検出器を利用した入射角分布の補正や
非 鏡 面 反 射 測 定や ダ ブル フレ ームモ ード を 利 用 し た時 分 割 測 定 おけ る
wide-Q 領域測定、測定プログラムにおける入射ビーム強度に対する最適化や試料アライメントの自動化などを実装しており、高いスループットと利便性を兼ね備えている。一方、光学系や検出器についてはそれぞれダブルスリットコリメーションと 6LiF/ZnS シンチレーターを採用したコンサバティブなもので、改良の余地が残されている。これに対し、我々は現在集光ミラーによる光学系、および 10B コンバーターと GEM を組み合わせた検出器の開発を行っている。
集光ミラーによる光学系は一次元楕円ミラーを用いて試料集光を行うことにより、小さな面積の試料に対して大きな発散のビームを利用することを目的とする。これは、ビームサイズと同時にビーム発散も同時に小さくする必要があるダブルスリットコリメーションに対する大きなアドバンテージで、固液界面など試料の一部にしかビームを照射できないような測定において測定効率の向上が期待できる。我々は、集光ミラーの素材として NiP めっきを施したアルミ材を採用し、最新版のミラーで半値全幅 0.17 mm のビームサイズを達成することに成功した。検出器については 10B が中性子をキャプチャーする際に生じる荷電粒子を GEM で検出する、ピクセル読み出し型の 1 次元検出器を開発中である。
この際、中性子の吸収率を上げるためにコンバーターの厚みを増やしすぎると、荷電粒子が自己吸収されてしまうという問題が生じる。これに対し我々は、ピュアな B 薄膜に Ti をコートしたコンバーターに中性子を斜入射することで B密度と実効的な厚みを増やし、検出効率を向上させることに成功した。
詳細は当日の講演で発表する予定である。

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Activity Report on KENS 2014S09 ProjectW2 ®wc$ ® wN ¦£¦^Vj®¥ª «¡ âõã÷® R*j  ^Vm-jn@=,m-jnMÊ ¬ #ÊÌÆÃ ¬Ë±U=,Izv ª©§ ¨© ÉÒÕgögáëõV^=Êjn²Æ¾Á®U=,IzvÊK~8ÆÀÖ×b´Áéóá=,É¶»ÕU=,IZÊko®¶ÒÍU7S×b¾Á^=jn×i
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J-PARC MLF/BL09 SPICA 2014S10

特殊環境中性子回折計 SPICA による電池反応の構造学的研究
Structural Study of Battery Reaction
Using Operando Technique on SPICA
米村雅雄 1,2,石川喜久 1, 鳥居周輝 1, 神山崇 1,2, 森一広 3, 福永俊晴 3,
小野寺陽平 3, 中貴弘 4, 森島慎 4, 塩谷真也 4, Dyah Sulistyanintyas4,松永利之 4, 右京良雄 4, 荒井創 4, 木野幸一 5, 田港聡 6, 平山雅章 6,
菅野了次 6, 北村尚斗 7, 石田直哉 7, 井手本康 7, 内本喜晴 8, 小久見善八 4
KEK1、総研大 2、京大炉 3、京大産連 4、産総研 5,
東工大院総理工 6、東理大理工 7、京大人環 8蓄電池の分野では既存の電池を高容量化、高出力化、劣化抑制等により電池特性を向上させながら、平行して革新電池と呼ばれる安価で高容量の新しい蓄電池の開発研究が進んでいる。J-PARC MLF BL09・SPICA では、非破壊かつ動作環境下で行う operando 測定により、充放電条件を変化させた場合に起こる電池反応の違いを、電極材料の構造変化として観測することができる。
さらに電極材料の構造を定性定量に分析する技術を開発することで、次世代蓄電池開発研究の推進に貢献している。
operando 測定では、多くの時分割回折データが得られ、Rietveld 解析により電極材料の構造と組成を決定するには膨大な時間が必要である。一方で電池研究では、その構造解析結果を基に、電池反応を理解することが極めて重要である。そのため、大量の回折データを短時間で構造解析することは、電池研究推進ために欠かせない。そこで、本研究では Rietveld 解析の自動化技術を開発した。自動解析には J-PARC で開発している Z-Riteveld を用いた。実際の operando 測定によるリアルタイム測定データから蓄電池の電極材料の構造変化を解析することに成功した。この技術は、今後電池研究を前進の役立つと期待される。本発表では、解析手法に加え、SPICA での最近の蓄電池研究の進捗を報告する。

2016S01
MLF-BL12

HRC の 2016 年度装置整備
Improvement of HRC in FY2016
伊藤晋一１、横尾哲也１、益田隆嗣２、吉沢英樹２、左右田稔２、吉田雅洋２、
羽合孝文１、川名大地２、浅見俊夫２、杉浦良介２、篠崎知子２、川村義久２、井畑良明３
1 KEK 中性子、2 東大物性研、3 J-PARC センター
高分解能でかつ高エネルギーの中性子を用いて凝集系のダイナミクスの研究をすすめるために、J-PARC・MLF の BL12 に高分解能チョッパー分光器（HRC）を建設し、建設以来、性能向上のための様々な整備を行っている。
2016 年度は次のような装置整備を行った。中性子ブリルアン散乱実験の成功を受けて、小角検出器の購入及び小角部フランジの改造が認められた。散乱中性子を前後 2 列で計測できるように検出器を配置した。これにより計数率が1.4 倍に増大した。小角検出器は 0.6-5°の散乱角に設置した(10°まで設置可能)。フェルミチョッパーがうまく同期しない場合があり、これまで磁気軸受等調整では改善できなかった。制御ソフトの問題の可能性について製造元と議論して問題点の存在を認識した。この議論に基づいて、制御ソフトの改善を行っている。また、電源が喪失したときにフェルミチョッパーを安全に減速させるために無停電電源の機能を強化することとした。フェルミチョッパーの構造問題の検討、計算機更新、データストレージ設置、真空排気系保守等も合わせてすすめている。3He 循環型冷凍機に圧力セルを取り付けて実験するために、安全審査を通して、実験を行った。超伝導磁石を整備し、HRC で 10T までの励磁に成功したが、液体ヘリウム槽から真空断熱槽へのリークが起き、修理を行った。鉄材の多い HRC で励磁したためにリークが生じた可能性が強く、今後、この電磁石を用いた実験は HRC では実施しないこととした。