Precise neutron lifetime measurement with a new gaseous detector

使用新型气体探测器精确测量中子寿命

• 批准号: 18J10106
• 负责人: 角 直幸
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J10106/
• 关键词: 中性子; 中性子寿命; J-PARC; 超伝導磁石; 寿命測定; ガス検出器

九州大学で開発したガス検出器をX線源(55Fe)と宇宙線を用いた動作試験を経て、2019年4月に超伝導磁石のあるKEK筑波キャンパスへと輸送し、検出器と磁石の統合試験を実施した。磁場を印加した環境下でも検出器とアンプは増幅率を落とさず動作することを確認した。続いて、本研究で測定したい信号事象である中性子のβ崩壊電子を模擬するために、検出器中央に塩化カリウム粉末を設置し40Kから放出されるβ線を用いた。磁場を印加するとβ線は検出器中央領域のみにとどまり周囲の領域では検出されないことを確認した。また、本研究で排除したい背景事象を模擬するために検出器の側にγ線源(60Co,137Cs,152Eu)を設置し磁場の有無による違いを比較した。磁場無しの環境と比べ、磁場有りの環境ではγ線源由来の背景事象を2%程度まで抑えられた。これらの結果をシミュレーションと比べ、中性子ビームを用いた場合でも同様にβ崩壊電子を検出器中央領域に留めたまま、γ線背景事象を排除できることを示した。次に、この測定システムを2019年10月に中性子源のあるJ-PARC東海キャンパスまで輸送し、ビームラインへと設置した。ここで中性子ビームを検出器に入射し、この実験の信号事象のひとつである中性子流量測定用の信号を検出した。施設の機器安全審査に合格し、ビームライン中での液体寒剤を用いた磁石の冷却と中心磁場600 mTの励磁試験を実施した。磁場の漏れ出しを防ぐ鉄遮蔽体のおかげで、大部分の機器は影響なく動作することを確認した。一方で、影響を受けやすい中性子バンチ化装置のみは性能を落としたが性能低下は十分対処可能な範囲であったため、今後の対策の指針を示すことになった。この測定システムを用いれば30日間の測定により、過去に行われてきた中性子寿命測定手法との差異を議論できる0.2%の精度で測定可能であることを明らかにした。

Kyushu university で 発 し た ガ ス 検 extractor を X-ray source (fe) 55 と cosmic ray を with い た action test を 経 て, April 2019 に 伝 permeability stone の あ る KEK tsukuba キ ャ ン パ ス へ と conveying し, 検 extractor と magnet の integration test を be applied し た. Magnetic field を Inca し た environment で も 検 extractor と ア ン プ は を rights of rate falls と さ ず action す る こ と を confirm し た. 続 い て, this study で し た い signals things like で あ る in temper の beta collapse 壊 electronic を simulation す る た め に, 検 extractor central に salt chemical カ リ ウ ム powder を set し 40 k か ら release さ れ を る beta line with い た. Magnetic field を Inca す る と beta line は 検 extractor central areas の み に と ど ま り weeks 囲 の field で は 検 out さ れ な い こ と を confirm し た. ま た, this study で exclude し た い background things like を simulation す る た め に 検 extractor の side に gamma line source (60 co, 137 cs and 152 eu) を set の し magnetic field have に よ る) い を compare し た. The magnetic field in an environment without excitation is と 2% less まで than that in an environment with an excitation of the magnetic field, で えられた, the source of the γ line is を, and the background phenomenon is を. こ れ ら の results を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン と temper than べ, ビ ー ム を with い た occasions で も with others に beta collapse 壊 electronic を 検 extractor に central field leave め た ま ま, gamma background things like を exclude で き る こ と を shown し た. に, こ の determination シ ス テ ム を temper in October 2019 に source の あ る J - PARC donghai キ ャ ン パ ス ま で conveying し, ビ ー ム ラ イ ン へ と set し た. Temper in こ こ で ビ ー ム を 検 extractor に incident し, こ の be 験 の signals things like の ひ と つ で あ る temper in flow measurement with の signal を 検 out し た. Facilities の machine safety review に qualified し, ビ ー ム ラ イ ン in で の cold liquid tonic を with い た magnet の cooling と center field 600 mT の excitation test を be applied し た. Leakage magnetic field の れ out し を anti ぐ iron objects covered body の お か げ で, most の machine は な く action す る こ と を confirm し た. Side で, affect を け や す い in temper バ ン チ equipment の み は performance を fall と し た が poor performance は very 処 seaborne may な van 囲 で あ っ た た め, future の policy の seaborne pointer を shown す こ と に な っ た. こ の determination シ ス テ ム を with い れ ば 30 day の determination に よ り, past に わ れ て き た temper in biometry techniques と を の differences of で き る 0.2% の で determination accuracy may で あ る こ と を Ming ら か に し た.

项目成果

ガス検出器とソレノイド磁石を用いた中性子寿命の精密測定実験：検出器製作と性能評価

利用气体探测器和螺线管磁铁精确测量中子寿命实验：探测器制作和性能评估

• 发表时间: 2019
• 作者: Sumi Naoyuki;Otono Hidetoshi;Yoshioka Tamaki;Mishima Kenji;Makida Yasuhiro;Naoyuki Sumi;角 直幸
• 通讯作者: 角 直幸

Precise Neutron Lifetime Measurement with a Gaseous Detector and a Solenoidal Magnet

使用气体探测器和螺线管磁铁进行精确的中子寿命测量

• 发表时间: 2018
• 作者: Pan Yiming;Tomita Kentaro;Kawai Yoshinobu;Matsukuma Masaaki;Uchino Kiichiro;Eleonora Capocasa;Naoyuki Sumi
• 通讯作者: Naoyuki Sumi

Precise Neutron Lifetime Measurement with a Solenoidal Coil

使用螺线管线圈精确测量中子寿命

• DOI: 10.7566/jpscp.22.011036
• 发表时间: 2018
• 期刊: Proceedings of the International Conference on Neutron Optics (NOP2017)
• 作者: Sumi Naoyuki;Otono Hidetoshi;Yoshioka Tamaki;Mishima Kenji;Makida Yasuhiro
• 通讯作者: Makida Yasuhiro

Precise Neutron Lifetime Measurement Using Pulsed Neutron Beams at J-PARC

J-PARC 使用脉冲中子束精确测量中子寿命

• DOI: 10.7566/jpscp.33.011056
• 发表时间: 2021
• 期刊: Proceedings of 3rd J-PARC symposium (J-PARC2019), JPS Conf. Proc.
• 作者: Sumi N.;Hirota K.;Ichikawa G.;Ino T.;Iwashita Y.;Kajiwara S.;Kato Y.;Kitaguchi M.;Mishima K.;Morikawa K.;Mogi T.;Oide H.;Okabe H.;Otono H.;Shima T.;Shimizu H. M.;Sugisawa Y.;Tanabe T.;Yamashita S.;Yano K.;Yoshioka T.
• 通讯作者: Yoshioka T.