物質創成の研究を目指した新世代超冷中性子源研究

スパレーション中性子と超流動ヘリウム(He-II)を用いた新しい超冷中性子(UCN)発生の研究を行った。この新しいUCN源は、実験への応用で最も重要なパラメータとなるUCN密度を革新的に増大させる。UCN密度は、He-II内に入射する冷中性子束、UCN生成断面積、そしてUCN生成容器内でのUCN貯蔵寿命に比例する。冷中性子束は、スパレーション中性子発生のための陽子ビーム強度と中性子反射体等の周りの物質の配置に依存する。平17年度は、中性子反射体としてグラファイトを設置し、冷中性子束を2倍に強化した。また、UCN貯蔵寿命を長くするため、He-II温度を1.2Kから0.5Kに下げるため、3He冷凍器を完成させた。これにより、He-II内のフォノンの数を少なくし、UCN損失率を小さくできる。UCN発生に用いる陽子ビームの強度が大きくなると、スパレーション反応に起因するγ線強度が大きくなり、それに伴い、He-II内でのγ発熱が、大きくなるので、使用できる陽子ビーム強度は、He-IIに対する3He冷凍器の冷却力できまる。モンテカルロ計算によると5kWの陽子ビームでは、He-II内に1Wのγ発熱が発生する。He-IIにヒータを挿入し、発熱量とHe-II温度の関係を調べたところ、1Wの発熱に対して、現3He冷凍器で、He-II温度を0.7K台に維持できることが判明した。0.7Kでのフォノンによる損失に起因する寿命は数100秒となり、容器壁との衝突時の損失をいれると、150秒の寿命が実現できる。よって、寿命の増大は10倍となる。陽子ビームの強度は、現在160Wであるので、これを5kWにすると、31倍になる。これらに中性子反射体の効果を合わせて、620倍の強度増強が可能となる。今回の研究成果を適用すると世界最強のUCN源が現実のものとなる。

スパレーション中性子と超流動ヘリウム(He-II)を用いた新しい超冷中性子(UCN)発生の研究を行った。この新しいUCN源は、実験への応用で最も重要なパラメータとなるUCN密度を革新的に増大させる。UCN密度は、He-II内に入射する冷中性子束、UCN生成断面積、そしてUCN生成容器内でのUCN貯蔵寿命に比例する。冷中性子束は、スパレーション中性子発生のための陽子ビーム強度と中性子反射体等の周りの物質の配置に依存する。平17年度は、中性子反射体としてグラファイトを設置し、冷中性子束を2倍に強化した。また、UCN貯蔵寿命を長くするため、He-II温度を1.2Kから0.5Kに下げるため、3He冷凍器を完成させた。これにより、He-II内のフォノンの数を少なくし、UCN損失率を小さくできる。UCN発生に用いる陽子ビームの強度が大きくなると、スパレーション反応に起因するγ線強度が大きくなり、それに伴い、He-II内でのγ発熱が、大きくなるので、使用できる陽子ビーム強度は、He-IIに対する3He冷凍器の冷却力できまる。モンテカルロ計算によると5kWの陽子ビームでは、He-II内に1Wのγ発熱が発生する。He-IIにヒータを挿入し、発熱量とHe-II温度の関係を調べたところ、1Wの発熱に対して、現3He冷凍器で、He-II温度を0.7K台に維持できることが判明した。0.7Kでのフォノンによる損失に起因する寿命は数100秒となり、容器壁との衝突時の損失をいれると、150秒の寿命が実現できる。よって、寿命の増大は10倍となる。陽子ビームの強度は、現在160Wであるので、これを5kWにすると、31倍になる。これらに中性子反射体の効果を合わせて、620倍の強度増強が可能となる。今回の研究成果を適用すると世界最強のUCN源が現実のものとなる。