Proceedings of the 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
August 8-10, 2016, Chiba, Japan

PASJ2016 MOP055

レーザーコンプトン散乱ガンマ線(LCS-ガンマ線)による偏光軸に対する中性子の放出角度分布の測定
NEUTRON EMISSION DISTRIBUTION DEPENDENCE ON POLARIZATION WITH LCS
Γ-RAY
武元亮頼#, A), 山口将志 A), 杉田健人 A), 橋本智 A), 天野壯 A),
早川岳人 B), 浅野芳裕 C), 糸賀俊朗 D), 佐波俊哉 E), 宮本修治 A)
Akinori Takemoto #, A), Masashi YamaguchiA), Kento SugitaA), Satoshi HashimotoA), Sho AmanoA),
Takehito Hayakawa B), Yoshihiro AsanoC), Toshiro ItogaD), Toshiya SanamiE), Shuji MiyamotoA)A)
Laboratory of Advanced Science and Technology for Industry, university of Hyogo
B)
The National Institutes for Quantum and Radiological Science and TechnologyC)
RIKEN Spring-8 CenterD)
Japan Synchrotron Radiation Research InstituteE)
High Energy Accelerator Research Organization

Abstract
The measurements of the angular distributions of neutron emission were performed. The 197Au,107,109Ag, and 89Y
targets were irradiated by quasi-monochromatic linear polarized gamma-ray beam at NewSUBARU BL01. The angular
distribution of neutrons emitted from photo-nuclear reaction by the giant dipole resonance. In addition, we tried tomeasure the photo-neutron emission from the cluster dipole resonance of 9Be target.

1.

はじめに

1957 年、イタリアの Agodi 博士は直線偏光のガンマ線が原子核に当たり、巨大双極子核共鳴(GDR)によって中性子が放出された時の角度分布に関して理論計算を行った。ガンマ線の入射軸に対して垂直な面を考え、方位角方向の中性子の放出角度分布を計算し、ガンマ線の偏光方向に対する中性子の放出角をθとすると中性子強度の角度分布 I(θ) はI(θ ) = a + b cos2θ

(1)となる事を示した[1]。しかし、当時は直線偏光の高輝度で高エネルギーのガンマ線光源がなかったた め 、実験での実証がなされなかった。近年、NewSUBARU 電子
Collimator

Electron
Silica glass
window
Silica lens

蓄積リング[2]の BL01 などのレーザーコンプトン散乱ガンマ線(LCS-gamma)[3]を用いてその理論を実験的に確かめることができるようになった。ターゲットとして Au,Cu,I の 3 つの核種で中性子の放出角度分布を測定した[4]。
それに続き、中性子の放出角度分布を高精度に計測するために計測系の改良と単位時間あたりの中性子の発生量の増加を検討し、レーザーを最大出力 5W のレーザーから 30W のものに変えて試験をした。その状態でターゲットとして 197Au,107,109Ag,89Y を使い GDR によって発生した中性子の放出角度分布を計測することに成功した[5]。
今回は、加速器トンネルからのノイズを避けるためにハッチ２を使う。反応断面積の小さい 9Be をターゲットとして用いて、GDR 以外の共鳴であるクラスター双極子共鳴(CDR)[6]における角度分布の計測をして、GDR の分布と違いが出るか検証した。
Hutch２

Hutch1

Γ-ray

Laser
Kovar glasswindow

λ/4 plate

λ/2 plate

Nd:YVO4 laser

Figure 1: Schematic diagram of NewSUBARU BL01.
___________________________________________# akinori@lasti.u-hyogo.ac.jp- 492 -Beamdump

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Constant
Fraction
Discriminator

Synthesizer
Klystronsinglebunch

start(γ,n)
TargetDumping
Point

TAC
stop

Collimator

scattering
500MHzDividerFlux
monitorγ

2.5MHz

Laser
pulse

hutch2hutch1γ,n25kHz

Laser

NeutronDetector

MCA

Delay

Figure 2: Schematic diagram of NewSUBARU BL01.
子検出器信号、ストップ信号に電子タイミング信号を用いた。
2. 計測手法
ガンマ線の偏光方向と中性子検出器とのなす角度を変えるために中性子検出器の位置は固定して、偏光軸NewSUBARU 電子蓄積リング内に 1GeV で蓄積してを回転させた。入射レーザーの偏光を 1/2,1/4 波長版をから電子の減速をする。電子を 725MeV まで減速し、Ndレーザー(1064nm)を入射することで LCS-gamma を得る。 使って変えた。回転させた時のレーザーの偏光は加速器トンネルを透過したレーザー光を使って確認した。ガこの時の LCS-gamma の最大エネルギーは 9.55MeV でンマ線フラックスの校正用にプラスチックシンチレータをある。LCS-gamma は、中心軸からの角度でエネルギーターゲットよりも上流側に設置して計測している。
が決まるため、コリメータを設置して準単色ガンマ線にしている。コリメータは直径 6mmφのものを使用している。
3. TOF 信号と中性子の放出角度分布
中性子検出器はプラスチックシンチレータ型検出器を使用している。この検出器はガンマ線(光子)と中性子の両9.55MeV の LCS-gamma を 9Be ターゲットに約 2 時方に感度を持つため、二つの信号を分別するために間 当 て た 時 の TOF 信 号 を Figure 3 に 示 す 。
9TOF 法を用いた。
Be(γ,n)8Be 反応の Q 値は-1.66MeV である。最大エネ回路系を Figure 2 に示す。TOF 法を用いるためにガルギー9.53MeV の LCS-gamma を照射しているので放ンマ線はパルスにする必要がある。そこで電子蓄積リン 出される中性子の最大エネルギーは 7.87MeV である。
グをシングルバンチモードで運転し、パルスレーザーをGDR での放出角度分布を計測した時、検出できる中性入射する。電子ビームのタイミング信号によりレーザーを 子の最小エネルギーは 2.5MeV だった。ターゲットに散トリガーして同期を取っている。電子のバンチ長は乱されたガンマ線のタイミングから計算できる、二つのエ33ps(1σ)で、レーザーのパルス幅は 60ns(FWHM)であネルギーの中性子が来る時間に線を引いた。
る。ハイパワーのものに変えたがパルス幅が長いために緑色で示した部分は LCS-gamma がターゲットによっ無駄になってしまっている。TAC のスタート信号に中性 て散乱されたもので 496keV の光子の信号である。

Scatteredby target
neutron signal count923counts

Scattered photon by
Dumping point

Figure 3: TOF signal, vertical polarization.

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青色で示された部分は GDR 計測時にはなかった。 4.
まとめ、今後について今回使っている Be ターゲットは透過率が 75%と今後ガンマ線照射フラックスを高め、更に統計精度のGDR 計測時につかっていたターゲットと比べて大量向上を行なう。新しく 9Be の CDR と考えられている反応に透過する。LCS-gamma の damping point からの後ピークからの中性子分布も測定出来たが、更に統計精方散乱された光子が増えたため、ピークが現れた。
度を上げる必要がある。統計精度向上のためのガンマ
次に偏光軸に対する中性子の放出角度分布がどの線フラックス増強は、散乱領域のレーリー長程度、数ナノようになっているかを Figure 4 に示す。以下の式(1)秒程度のパルス幅のレーザーを導入を検討中である。
でフィッティングして校正曲線を引いた。カイ２乗加えて、中性子検出器の数を増やすことも予定している。
検定をしたが、整合性は 3.5%だった。この数字だけ見ると GDR の分布と比べて違いが出ているが、統 参考文献
計量が少ない。統計精度をさらに高める必要がある。
[1] A. Agodi et al., Nuovo Cimento, 5(1), 21(1957).
(1)
I = a + bcos2θ
[2] 宮本修治 他, ”ニュースバル放射光施設の現状”, 年会
プロシーディングス, FSP018 第 11 回日本加速器学会年会,リンクステーションホール青森, 8 月 9-10 日

20x10(2014).

-6[3] 宮本修治 「レーザ・コンプトン散乱ガンマ線ビームライン-NewSUBARU 放射光施設-」, 加速器学会誌「加速器」, 5, pp.111-116 (2008).
[4] K. Horikawa et al., "Neutron angular distribution in (γ,n)
reactions with linearly polarized γ-ray beam generated bylaser Compton scattering" Physics Letters B, 737, pp.109113 (2014).
[5] 武元亮頼 他, ” レーザーコンプトン散乱γ線(LCS-γ)による偏光と中性子の放出角度分布の 依存性の測定”, 年会 プロシーディングス, WEP117 第 12 回日本加速器学会年会,プラザ萬象、あいあいプラザ, 8 月 6-7 日(2015)[6] H. Utsunomiya et al., "Photodistintegration of 9 Be throughthe 1/2+ state and cluster dipole resonance", Physics Review
C, 92, 064323 (2015).

signal counts normalized

1510value : standard deviation
a=1.3013e-05 : 2.4e-07
b=1.8951e-06 : 3.05e-07
5chi square = 10.2918
degree of freedom : 40020

4060
polarization angle[degree]

80

100

Figure 4: Neutron angular distribution.

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