JP2007128681A - 中性子偏極装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 この出願の発明による中性子偏極装置(1)は、中性子ビームを入射して中性子のスピンと磁場との相互作用により偏極した中性子ビームを得るものであり、中性子ビームの通路の周囲に配置される四極磁石(2)と、四極磁石(2)の内部に中性子の軸方向に沿って設けられた筒状の中性子吸収材(3)と、四極磁石(2)の出口に配置され、四極磁石(2)による四極磁場から断熱的に磁場を接続させ、且つ二極磁場を印加させるソレノイドコイル(4)を備えることを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
ここで,負号“−”は中性子スピンが正極性(中性子スピンと磁場ベクトルが平行)の状態に,正号“+”は負極性(中性子スピンと磁場ベクトルが反平行)の状態にそれぞれ対応する。四極磁場ベクトルBqは、次式で記述される。
ここで、Gqは磁場強度勾配定数である。四極磁場強度の分布は、
と表される。式(5)を式(3)に代入すると、四極磁場中での中性子の運動方程式
が得られる。式(6)は、解析的に解くことができない。ここで、簡単のために、中性子の軌道をy=0に制限すると、
となり、中性子の位置に依存せず、一定の大きさの力を受けることが分かる。力の方向は、中性子のスピンが正極性のときは磁石の中心軸方向に、負極性の時は磁石の中心軸と反対方向に力を受ける。
ここで、Gsは磁場強度勾配の大きさを表す磁場強度勾配定数である.式(8)より、六極磁場強度の分布は、
と表される.式(9)を式(3)に代入すると、六極磁場中での中性子の運動方程式:
が得られる。ここで、ω2=Gsαである。式(10)は解析的に解くことができ、その解は、以下のように与えられる。
(i)正極性の場合
ここで、λはz軸に沿った中性子の波長、νi(0)は時刻t=0における中性子の速度のi(=x、y、z)方向成分である。もし、中性子がz軸と平行に六極磁場中に入射した場合、中性子は、z=πh/(2ωmnλ)で焦点を結ぶことになる(図3(a))。
(ii)負極性の場合
六極磁場内に入射した中性子ビームは、磁場の中心軸から遠ざかる方向に加速され、発散される(図3(b))。
・条件1:磁場接続用ソレノイドコイル(Sc0)(14)への印加電流ISc0=0A、スピンフリッパー(18)オフ
・条件2:ISc0=40A、スピンフリッパー(18)オフ
・条件3:ISc0=40A、スピンフリッパー(18)オン
各条件について得られた中性子二次元強度分布を図6に示す。図を見易くするために、各条件について、カラースケール(Color scale)をリニア(Linear)と対数(Log)の両方のスケールで描画した。
1)条件2及び条件3では、中性子偏極装置(11)の四極磁石(12)を通過した後、超伝導六極磁石(SSM)(20)に入射した中性子はほぼ100%偏極している。また、超伝導六極磁石(SSM)(20)の直上流に設置されているスピンフリッパー(18)のスピン反転効率もほぼ100%であり、スピンフリッパー(18)のオン・オフにより、スポットが現れる領域が領域Aと領域Bで入れ替わっている。
2)条件1では、磁場接続用ソレノイドコイル(Sc0)(14)への印加電流がISc0=0Aであるため、四極磁石出口付近で、中性子スピンが減偏極(Depolarization)している。
各条件について得られた偏極度を表1に示す。
・条件1:スピンフリッパー(18)オフ
・条件2:スピンフリッパー(18)オン
・条件3:BG(ビームシャッター閉)
の3条件の測定を1セットとして、これを43セット繰り返し測定した。同条件で測定した中性子強度分布データを足し込んだものを、図8に示す。ここで、前と同様に式(1)を用いて、中性子ビームの偏極度Pを評価した。得られた偏極度を表2に示す。今回、偏極度が1より大きくなってしまうようなことはなく、リーズナブルな値が得られた。
フィッティングの結果得られたパラメータを表3に示す。また、フィッティング結果を図12(b)に実線で示す。実験結果を、フィッティング関数で非常に良く表現することができた。
2 四極磁石
3 筒状体
4 ソレノイドコイル
5 中性子の通路
11 中性子偏極装置
12 ハルバッハ型四極磁石
13 Cdよりなる筒状体
14 磁場接続用ソレノイドコイル
15、16、19 スリット
17 ガイド磁場コイル
18 スピンフリッパー
20 超伝導六極磁石(SSM)
21−1、21−2 磁場接続用ソレノイドコイル
21−3 中央ソレノイドコイル
22 位置検出型光電子増倍管(PSPMT)
23 真空チャンバー
24 Siウィンドウ
25 Alウィンドウ
Claims (5)
- 中性子ビームを入射して中性子のスピンと磁場との相互作用により偏極した中性子ビームを得るための中性子偏極装置であって、
中性子ビームの通路の周囲に配置される四極磁石と、
四極磁石の内部に中性子の軸方向に沿って設けられた筒状の中性子吸収材と、
四極磁石の出口に配置され、四極磁石による四極磁場から断熱的に磁場を接続させ、且つ二極磁場を印加させるソレノイドコイルを備えることを特徴とする中性子偏極装置。 - 四極磁石が4ピース型磁石であることを特徴とする請求項1記載の中性子偏極装置。
- 四極磁石がハルバッハ(Halbach)型磁石であることを特徴とする請求項1記載の中性子偏極装置。
- 四極磁石が発展型ハルバッハ(Halbach)型磁石であることを特徴とする請求項1記載の中性子偏極装置。
- 中性子吸収材がCdよりなることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の中性子偏極装置。
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