＜中性子 S型課題＞ P1-2019S01
MLF-BL12

高分解能チョッパー分光器による物質のダイナミクスの研究
Studies on Dynamics in Condensed Matter by using
the High Resolution Chopper Spectrometer伊藤晋一 1、益田隆嗣 1,2、横尾哲也 1、中島多朗 2、浅井晋一郎 2、齋藤開 1、川名大地 2、杉浦良介 2、浅見俊夫 2、井畑良明 3、谷野弘明 1
1
KEK 中性子、2 東大物性研、3J-PARC センター
高分解能で物質の動的構造を探査するための高分解能チョッパー分光器（High Resolution Chopper Spectrometer, HRC）を J-PARC MLF の BL12 に設置した。本研究課題は、HRC を用いて、比較的高いエネルギーの入射中性子に対して高いエネルギー分解能を実現させることにより、新しい研究を行なうものである。強相関電子系における相関効果および多自由度効果を統一的に理解することを目指すとともに、研究分野の拡大を図ることを目指している。
2014-2018 年度の第 2 期では、それ以前の第 1 期での建設の成果を踏まえ、中性子ブリルアン散乱実験と外場環境下の中性子非弾性散乱実験の整備をすすめ、成果をあげた[1-5]。2019 年度からの第 3 期では、ベリー位相や電子励起など従来の中性子非弾性散乱では観測対象と考えてこなかった物理量や現象の観測に挑戦するとともに、充実した試料環境を整備し、特に、極限環境、多重環境、非平衡環境に挑戦し、中性子非弾性散乱法の拡大を図る。
[1] S. Itoh, T. Yokoo, T. Masuda, S. Asai, H. Saito, D. Kawana, R. Sugiura, T.
Asami, Y. Ihata, Physica B 568, 76 (2019).
[2] D. Kawana, M. Soda, M. Yoshida, Y. Ikeda, T. Asami, R. Sugiura, H. Yoshizawa,T. Masuda, T. Hawai, S. Ibuka, T. Yokoo, and S. Itoh, J. Phys.: Conf. Series 1021,012014 (2018).
[3] S. Itoh, Y. Endoh, T. Yokoo, S. Ibuka, J.-G. Park, Y. Kaneko, K. Takahashi,Y. Tokura, N. Nagaosa, Nat. Commun. 7, 11788 (2016).
[4] S. Hayashida, M. Matsumoto, M. Hagihala, N. Kurita, H. Tanaka, S. Itoh, T.
Hong, M. Soda, Y. Uwatoko, and T. Masuda, Sci. Adv. 5, eaaw5639 (2019).
[5] S. Itoh, T. Masuda, T. Yokoo, H. Yoshizawa, M. Soda, S. Asai, Y. Ikeda, S.
Ibuka, M. Yoshida, T. Hawai, H. Saito, D. Kawana, R. Sugiura, T. Asami, Y. Ihata,JPS Conf. Proc. in press.

＜中性子 S型課題＞ P1-2019S03
J-PARC MLF BL05

J-PARC BL05 (NOP)における基礎物理研究 (2019)
Fundamental physics activities at J-PARC (BL05)
Kenji Mishima for NOP collaboration"Neutron Optics and Physics (NOP/ BL05)" at MLF in J-PARC is abeamline for studies of fundamental physics. The beamline is divided
at upstream into three branches to use different experiments in aparallel way. The three branches are follows: Polarized beam branch,Unpolarized beam branch, and Low-divergence beam branch. In thistalk, we review achievement and on-going activities at this beamline.
We are promoting an experimental project to measure the neutron lifetime withtotal uncertainty of 1 sec. The neutron lifetime is an important parameter forelemental particle and astro-physics. So far, the neutron lifetime wasmeasured by several groups, however the values are different by themeasurement methods. Thus, we are using the other method atJ-PARC. Pulsed ultra-cold neutrons (UCNs) by a Doppler shifter areavailable at Unpolarized beam branch. At Low divergence beam
branch, an experiment to search an unknown intermediate force innm range by measuring angler dependence of neutron scattering byrare gas. The beamline is also used for R&D of optical elements anddetectors. Position sensitive neutron detector using emulsion whose
resolution can achieve to several tens of nanometer is underdevelopment. We have succeeded to demonstrate detection of cold andultra-cold neutrons by the emulsion detector.

＜中性子 S型課題＞ P1-2019S05
MLF-BL08J-PARC SuperHRPD の現状報告 2019
Status report on SuperHRPD, 2019鳥居周輝 1、萩原雅人 1、CHO Kwanghee1、神山崇 1,2
1 KEK 物構研中性子、2 総研大Super High Resolution Powder Diffractometer (SuperHRPD)は、超高分解能を有する粉末中性子回折装置である。ビーム受け入れからほぼ 10 年を経た当該装置は、各機器の調整や更新を続けながら実験を行なっている。現在は、
14T マグネットや 1K 冷凍機、バナジウム高温炉等、試料周辺環境の整備を中心に高度化を進め、一般課題と解析サポート、S 型課題での新しいサイエンスの展開を目指している。
本報告では、SuperHRPD の現状と S 型課題でのサイエンスのトピックスを紹介する。

＜中性子 S型課題＞ P1-2019S06
MLF-BL21

高強度中性子全散乱法による機能性材料の規則−不規則構造解析
Analysis of ordered/disordered structure
in functional materials
with high intensity neutron total scattering technique
池田一貴 1, 2、本田孝志 1, 2、大友季哉 1, 2, 3、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、小野寺陽平 6、森一広 6、
亀田恭男 7、山口敏男 8、吉田亨次 8、中村優美子 9、榊浩司 9、Hyunjeong Kim9、
町田晃彦 10、伊藤恵司 11、安芳次 1、佐次田頌 2、角田茉優 3
1 KEK 物構研、2 総研大高エネ、3 茨城大理工、4 JAEA J-PARC センター、5 JAEA 量子ビーム、6 京大複合研、7 山形大理、
8 福岡大理、9 産総研創エネ、10 量研量子ビーム、11 岡山大教
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。中性子全散乱法は、ピコ秒以下の時間窓での原子間相関（瞬間構造）を観測でき、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）において、全散乱法を用いて水素化物を中心とした機能性材料の構造解析を行い、多彩な物質の物性・機能の構造的な起源を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、微小試料測定、短時間測定、精密測定をキーワードとした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・磁気 PDF 解析の高度化、構造モデリングの高度化などを進めている。
2019 年度の主な成果
・測定基盤技術の高度化
Ø ラジアルコリメータ導入による試料環境バックグランド低減効果の検証
Ø Rietveld/PDF 解析に必要な測定時間の評価
・構造解析手法の開発
Ø 磁気 PDF を利用した局所磁気構造解析
Ø バナジウム系合金における水素貯蔵特性劣化メカニズムの解明・2 体分布関数を用いた物質の構造解析
Ø H/D および 6Li/7Li 同位体置換試料による液体の精密構造解析
本研究の一部は、中性子共同利用 S1 型実験課題（2019S06）、科研費新学術領域研究（JP18H05518、JP19H05814）、基盤研究(C)（19K12650）の助成のもとで進められた。

＜中性子 S型課題＞ P1-2019S07
MLF／BL06

J-PARC MLF BL06 中性子共鳴スピンエコー分光器群
VIN ROSE の現状と今後の展開
Present status and future development of the
Neutron Resonance Spin Echo Spectrometers:
VIN ROSE at J-PARC MLF BL06
小田達郎 1，日野正裕 1，遠藤仁 2，船間史晃 3，大下英敏 2，瀬谷智洋 2，安芳次 2，細畠拓也 4，吉永尚生 1，山形豊 4，川端祐司 1，瀬戸秀紀 2
1
京大複合研，2KEK-物構研，3 京大院工，4 理研
中性子スピンエコー法は，サブマイクロ秒から数十ピコ秒の時間スケールのダイナミクスを観測可能な準弾性散乱分光法である．J-PARC MLF BL06
は中性子共鳴スピンエコー分光器群 Village of Neutron Resonance Spin Echo
Spectrometers (VIN ROSE) と名付けられ，ともに共鳴スピンフリッパーを用いる 2 種類のスピンエコー分光器 Neutron Resonance Spin Echo (NRSE) [1] とModulation of intensity with zero effort (MIEZE) [2] からなる．MIEZE 分光器のコミッショニングが先行し，2017B 期から共同利用を開始した．
MIEZE 分光器では，試料へ入射する中性子は同一スピン状態にあるため，磁場の乱れや試料でのスピンフリップがあってもエコーシグナルが崩れない．
この特長を活かして，強磁場環境や偏極解析が必要な系など，他のスピンエコー法では困難な測定対象に対してスローダイナミクス研究を展開していくことを目指している．
NRSE 分光器では，ソフトマターや生体高分子のダイナミクス研究を目指して，金属基板回転楕円体集光ミラー [3] とそれを用いた位相補正による高分解スピンエコー測定体系の研究開発を行っている．
分光器の高度化として，KEK が開発した Multi pixel photon counter (MPPC)
大面積検出器の導入，試料環境（冷凍機，電磁石）の導入，EPICS [4] を用いた統合的なデバイス制御の構築，セキュアなデータ収集システムとオンラインデータ解析環境，パルス源におけるスピンエコーシグナルの解析手順の確立と解析ソフトウェアのユーザビリティ向上などを進めている．
発表では，小角散乱体系での MIEZE スピンエコー測定で得られた利用成果や今後の装置の高度化について詳述する．
[1] R. Golub, R. Gähler, Phys. Lett. A 123, 43-48 (1987)[2] R. Gähler, R. Golub, and T. Keller, Physica B 180&181, 899-902 (1992).
[3] T. Hosobata, M. Hino, et al., JPS Conf. Proc. 22, 011010 (2018).
[4] https://epics.anl.gov/

＜中性子 S型課題＞ P1-2019S09
MLF-BL23

偏極中性子散乱装置 POLANO による交差相関物理の解明
Study on Cross-correlated Physics by POLANO
横尾哲也 1,2、金子直勝 1,2、伊藤晋一 1,2、林浩平 1、猪野隆 1,2、齋藤開 1,2、YuFeng1、藤田全基 3、大河原学 3、池田陽一 3、南部雄亮 3、谷口貴紀 3、奥隆之 4、
奥平琢也 4、大山研司 5、小野寛太 1、羽合孝文 1
1KEK-物構研、2J-PARC センター、3 東北大-金研、4 原研、5 茨城大POLANO プロジェクトは KEK 大学連携のもと東北大学と実施されているプロジェクトであり、物構研 S1 型課題 2014S09 に引き続き、2019S09 の枠組みで推進されている。本プロジェクトは J-PARC・MLF に偏極中性子散乱装置の新規建設とそれを用いたパルス中性子における偏極中性子散乱法の確立、および偏極度解析を利用した物性研究を目的としている。これまで鋭意進めてきた分光器建設も 2018 年度までの工事で主要部分の製作・設置を終了した。続けてオフビーム及びオンビームのコミッショニングを実施し、機器調整や機器性能、中性子ビームの評価などを推進した。これにより 2019A 期より、非偏極ビーム一般課題の受け入れを開始することができた。
一方で、POLANO における偏極実験はまだ実現していない。パルス（TOF）における偏極中性子技術は世界的に見ても現在発展途上にあり、多くの重要な技術開発が必要である。我々はそれら技術開発にも注力し、偏極機器と磁場環境の開発をほぼ終了した。講演では POLANO における S 型課題のアクティビティーを総括する。

＜中性子 S型課題＞ P1-2019S10
MLF-BL09 （2019S10）

J-PARC SPICA の現状報告 2019
Status report on SPICA at J-PARC, 2019齊藤高志 1,2、Tan Zhijian1、萩原雅人 1,2、鳥居周輝 1,2, 神山崇 1,2,3
1 KEK 物構研、2 J-PARC センター、3 総研大J-PARC MLF の革新型蓄電池実験棟（BL09）に設置された特殊環境回折装置 SPICA は、電池における充放電反応のオペランド測定を主目的として電池研究に特化した仕様で開発された TOF 型粉末中性子回折装置である。また革新型蓄電池実験棟には専用の化学実験室やオフビームで長期間利用できる充放電測定設備が備えられており、大強度中性子を利用して効率よく蓄電池の解析を行うことができるよう工夫されている。
SPICA は回折計として高分解能と大強度という、相反する性能を共存させるよう設計され、高精度の粉末構造解析を行うことが出来る他、ブラッグエッジ透過分光法によるイメージング測定も可能であり、これまで蓄電池反応をリアルタイムに計測する研究に活用されてきた。
SPICA は近年、広範囲な研究分野を対象とした一般利用課題にも供されるようになり、幅広い温度範囲での利用が求められている。そのため、クライオスタットおよびクライオファーネスの開発・整備を行ってきた。
クライオスタットおよびクライオファーネスの試料温度範囲は現在それ
ぞれ 4 K ~ 300 K、20 K ~ 600 K である。両装置ともトップロード式であり、容易に試料交換が可能である。本発表では、クライオスタットとクライオファーネスを含めた SPICA の現状について紹介する。

＜中性子 S型課題＞ P1-2019I16
MLF-BL16

中性子反射率計 SOFIA における集光ミラー・検出器開発 5
Development of Focusing Mirror and Detector for
Neutron Reflectometer SOFIA (5)山田悟史 1, 細畠拓也 2, 日野正裕 3, 藤原健 4,
堀耕一郎 1, 根本文也 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、その干渉から数 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、半値全幅 0.13 mm のビームサイズを達成することに成功し、ユーザーへの利用を開始した。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、コンバーターに中性子を斜入射することで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。
当日の講演では、最新版の集光ミラー、および検出器の開発状況と実験結果について発表する予定である。