IMRワークショップ「中性子科学研究におけるJ-PARCとJRR-3の相補利用」
平成29年11月21日（火），東北大学金属材料研究所

中性子利用拡大への金研の取り組み
東北大学金属材料研究所
量子ビーム金属物理学研究部門
中性子物質科学研究センター

藤田 全基

中性子物質材料研究センターの活動指針
理念「中性子科学と物質・材料科学の継続的相互発展」
行うべき事-東北大学における戦略的中性子利用-

1. 中性子散乱プラットフォームの構築と物質材料科学への貢献
2. 中性子科学分野の若手教育と人材輩出に対する支援
3. 中性子利用者と施設研究グループの連携推進
各項目の具体的取り組み
1. 中性子利用の最適化、先端的利用の推進、利用啓蒙※ 既存装置と建設中装置の重層的活用、技術開発利用促進
人材育成
拠点化

物質材料科学研究に戦略的に取り組む組織※ J-PARC, JRR3への学内利用窓口の設置※ 情報発信による認知度アップ、アウトリーチ活動
2. 教育機関としての役割の遂行※ 中性子科学教育環境の整備、学内ネットワークの拡充

中性子科学研究者を育てる組織※ 中性子の学校などの開催、若手研究者との交流※ 教育用ビームラインの活用
3. 多様なユーザーとの交流（ユーザー同士の交流）※ コミュニティーの形成、センターの拠点化※ 他施設との連携推進、海外施設との交流※ プロジェクト研究、共同運営の提案

ユーザーコミュニティーにおいて成長する組織

プラットフォームの構築と物質材料科学への貢献- 材料科学研究に戦略的に取り組む組織 中性⼦装置群のプラットフォーム化とメリハリのある利⽤
東北大学中性子散乱装置群 (PATH)
POLANO… 最先端偏極中性子研究推進装置

先端性

AKANE

… 複合測定環境開発・トライアルユース・教育兼用装置

汎用性（CROD: 試料評価・実験準備用装置）

TOPAN… 偏極中性子研究推進装置（POLANOと連係）

機能性

HERMES… 高利便性と高品質データ取得が共存する回折装置

利便性（HERMES-E: 技術開発・教育用装置）

トライアルユース･教育

AKANE
HERMES
洗練された入門機
汎用性

利便性

研究の深化（重点化）

シナジー効果セレンディピティー効果

新規分野の開拓（テーマ化）

専門的高度な研究

POLANO
TOPAN
高性能な専門機先端性

機能性

プラットフォームの構築と物質材料科学への貢献- 材料科学研究に戦略的に取り組む組織 中性⼦装置群のプラットフォーム化とメリハリのある利⽤
東北大学中性子散乱装置群 (PATH)
POLANO… 最先端偏極中性子研究推進装置

先端性

AKANE

… 複合測定環境開発・トライアルユース・教育兼用装置

汎用性（CROD: 試料評価・実験準備用装置）

TOPAN… 偏極中性子研究推進装置（POLANOと連係）

機能性

HERMES… 高利便性と高品質データ取得が共存する回折装置

利便性（HERMES-E: 技術開発・教育用装置）

テーマ：I. 構造研究を軸とする中性⼦利⽤の拡⼤
II. 偏極中性⼦利⽤と中性⼦技術開発による先端磁性研究の推進

サイエンの裾野拡大とピークの引き上げ を図る
コミュニティー形成とターゲットとなるサイエンスが重要

中性子利用者と施設研究グループの連携推進- ユーザーコミュニティーにおいて成長する組織 We Take the PATH Together.
ユーザー

運営リエゾン

カジュアルユーザー

コアメンバー

実験・解析支援装置利用による研究

装置管理・研究利用推進

コミュニティー形成

ポテンシャルユーザー

ヘビーユーザー

戦略的研究・利用推進

利用・研究推進

アドバイザー

テーマ発掘

研究

提言

MLF-JRR3装置群相互利用連係（利用基盤）

装置高度化・実験環境開発連係（開発）

金研所内連係（研究・開発）マルチプローブ・理論
研究連係（研究）

大学間・産学連携（人材育成・利用推進）

推進体制（JRR-3装置利用研究）
構成

A: アドバイザー

・装置利⽤、研究内容全般について助⾔、提案を⾏う

Co: コアメンバー

・装置管理の全般と独⾃研究を⾏う（東北⼤Ｇ、茨城⼤Ｇ）

H: ヘビーユーザー

・装置利⽤に精通する利⽤度の⾼いユーザー

L: リエゾン・A，Co，Hの代表で組織される，戦略的に研究促進を図る

Ca: カジュアルユーザー

・いわゆる⼀般ユーザー，⼀般課題を申請し研究を⾏う

P: ポテンシャルユーザー ・中性⼦利⽤の可能性があるテーマを持つ研究者
IRTメンバー：コアメンバー，アドバイザー，ヘビーユーザーの⼀部

推進⽅針 ・メリハリのある中性⼦利⽤と独⾃性のある研究の実施
・新規利⽤者に対する⽀援の充実

・ヘビーユーザーの研究推進と運営参画

実施項⽬ ・⼀装置当たりの主担当スタッフ数（装置責任者と装置主担当者）を３⼈とする・外部の専⾨研究者と連係して装置の⾼度化と実験環境の開発を⾏う・⼤型プロジェクト課題を推進するHは，運営の⼀部に加わりCaの⽀援も部分的に⾏う・A，Co，H（⼀部）は，中性⼦散乱で⾏うべき研究テーマを発掘し，利⽤者層を拡⼤する・Lの元で新規利⽤者の開拓と利⽤者の循環を図り，研究者コミュニティーを形成する項目毎の内容（JRR-3装置利用研究）

重点課題
⼤型プロジェクト課題・⾦研課題:
科研費新学術領域などの⼤型プロジェクト，⾦研のエネルギー材料，社会基盤材料，エレクトロニクス材料研究などに関する連係課題．IRTメンバー，ヘビーユーザーが利⽤の主体となる．
重点化⼀般課題:
⼀般課題の中でも重要度が⾼く，IRTとして重点的に⽀援する課題．
新分野創出トライアル課題:
中性⼦利⽤が先導する新しい研究，新研究分野の創出につながる萌芽的，挑戦的課題．

技術

中性⼦複⾊化:
⾦研のモノクロ結晶作成技術を活⽤して，T1-2ではモノクロメータ上下機構の導⼊、T1-3ではHERMES-Eの増設により，効率的にビーム⽣成を⾏う．
特殊環境導⼊:通常可変な温度に加えて，パルス強磁場，圧⼒を印加できる実験環境を構築する．また，偏極⼦の開発と導⼊を⾏う．

項目毎の内容（JRR-3装置利用研究）

運⽤
⽀援体制の整備:⽀援の実施体制を整え，利⽤者との接点となる窓⼝を整備する．広報活動などを⾏う．
課題申請⽀援:主に⾦研装置群を利⽤する中性⼦散乱実験の初⼼者のために，課題申請全般に係る助⾔を⾏う．
また，申請書の作成において，実験計画の⽴案などの相談に応じる．
Mail-in Serviceの実施:
ユーザーに代わり装置担当者が測定を⾏う代⾏サービス．HERMESでの測定に限り実施する．
学⽣・新規ユーザー⽀援:
学⽣の研究テーマに関する課題，中性⼦初⼼者の課題の実施，および，データ解析に対する⽀援．
IRTメンバーがきめ細かく⽀援する．
JRR3-MLF連係:
ユーザーに対する装置利⽤の利便性向上と研究促進を⽬的とした，運⽤レベルでのJRR-3，JPARC/MLF装置群の包括的連係．構造解析と偏極中性⼦にPATHは関わる．（検討中）⻑期課題制度:⻑期的視野に⽴った中性⼦利⽤により，突出した成果の創出が期待できる課題を，利⽤期限3年（最⻑）の課題とする制度．（検討中，POLANOはコミッショニング後，⻑期課題枠に⼊る）項目毎の内容（JRR-3装置利用研究）

課題

技術装置

実施主体

大型プロジェクト・金研課題

A, H, T

CoA

Co: コアメンバー重点化した一般課題

A, H, T

CoA

H: ヘビーユーザー

長期課題

A, H, T

Co

A

新分野創出トライアル

A, H, T

Co

A

中性子二色化（金研技術開発） A, H

Co

特殊環境導入Co

A, H

Ca: カジュアルユーザー
P: ポテンシャルユーザー
A: アドバイザー
L: リエゾン

H対象とするユーザー運用

利用窓口の充実

A, H, T

L

Ca

P

課題申請支援

A, H

Co

Ca

P

Mail-in Serviceの実施

H

Co

Ca

P

学生・新規ユーザー支援

A, H

Co

CaP

長期課題制度A, H, T

Co

JRR3-MLF連係

H, T

L

Co

H

CaH

Ca装置利用・研究推進ロードマップ（金研中性子2020）
2017

2018

対ユーザー認知度向上

装置利用環境整備

運用

2020

利用者層拡大2021

コミュニティー形成

利便性向上

新ユーザー開拓

・長期課題

・重点化一般課題
・中性子二色化

2022

新分野創出のための利用連係

・大型プロジェクト・金研課題

重点課題
技術2019・新規テーマ創出トライアル

・特殊環境導入・金研における技術開発（金研ブランドの確立）

・利用の支援体制の整備

・Mail-in Service

・長期課題制度・学生および新規ユーザー支援

・課題申請支援・JRR3-MLF連係

フェーズ１（１〜３年）
利用促進
コアユーザーの取込みと一般ユーザーの拡大、金研中性子科学の推進

サイエンス成果創出

フェーズ2（３〜５年）

フェーズ3（５年〜）
新規テーマ開拓

構造研究を軸とする中性子利用の拡大
HERMES（高能率中性子粉末回折装置）
高利便性と高品質データ取得が共存する回折装置

装置概要

MonochrometerGe(311) vertically focused
Height: 20 cm, mosaic: 10ʼ
2θM = 116° (λ = 2.202 Å)

CollimationsFirst: 12ʼ
Second: open
Third: 18ʼ ~ 24ʼ

Angle range

2 < 2θS < 160°

(0.1 < Q < 5.6 Å-1)

HERMESで可能なこと□ 磁気構造、結晶構造の決定□ 重い元素を含む化合物中の軽元素の構造決定□ イオン伝導経路の決定□ 微少量試料(50mg)の構造解析□ 液体、アモルファスなどの広範囲S(Q)測定

Distances

Monochro-sample: 250 cm
Sample-detector: 135 cm

Detector

3He-type (150 tubes)

Temperature range

1.5 < T < 700 K

迅速、柔軟な測定の実施■ Mail-in Service■ 構造解析の代行■ プロジェクト研究との連携■ 若手・初心者の実験支援

偏極中性子利用と中性子技術開発による先端磁性研究の推進
⼆種類の偏極⼦の開発と相補利⽤
結晶型偏極デバイス

開発⽅針: 純国産化，汎⽤化
開発要素: Cu2MnAl単結晶

3Heガス型偏極フィルター

開発⽅針: ⾼性能化
開発要素: GE180ガラスセル「東北⼤⾦研新素材共同研究開発センター」
で開発「東北⼤多元研技術部
機械･ガラス⼯場」
で開発

導⼊

導⼊

三軸分光器

チョッパー分光器

＠研究⽤原⼦炉（トライアルユース・汎⽤利⽤）

相補利⽤

＠パルス中性⼦施設（最先端研究・⾼度利⽤）

偏極中性⼦利⽤プラットフォームの形成中性子科学分野の若手教育と人材輩出に対する支援- 中性子科学研究者を育てる組織 東北大学中性子散乱研究グループ連係

中性子Practice Tour2014@JRR3 ガイドホール

高エネルギー加速器研究機構大学等連携支援事業

J-PARCツアー2016

教育用装置の活用
HERMES-E

座学の受講

J-PARC/MLFの⾒学

構造解析の実践

計測科学の基礎を学ぶ

量⼦ビームの理解を深める

研究に役⽴つ知識を得る

PATH広報活動■ 装置利⽤推進リーフレットの作成■ 学会・研究会での発表

物理学会、中性⼦科学会、国際会議NOP2017など■ 東北⼤物理系KEK/J-PARC⾒学会■ Activity Reportの作成と配布■ ホームページの⽴ち上げ

http://qblab.imr.tohoku.ac.jp/jpn/lab/PATH/index.html■ Workshop、セミナーの開催

中性子利用拡大への金研の取り組み- まとめにかえて 今後取り組みたいこと
MLF-JRR3 構造解析連携、偏極中性⼦連携装置設置者から⾒た装置の棲み分けでなく、利⽤者⽬線での装置の使い分けによる利⽤促進 → 利⽤者とサイエンスの循環

PATHコミュニティー仙台研究会（温泉研究会）
研究成果の創出基盤の形成（最新データを元にした議論、実験後のフォローアップ、課題提案の⽀援、新規ユーザー開拓…）

産業利⽤推進の橋渡し…

⾦研/東北⼤における産学連携テーマと中性⼦利⽤のマッチングを図る

皆様のお⼒添えを頂きたい、コミュニティーの⼀員になって下さいご静聴，ありがとうございました