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BL05 ビームライン概要

BL05 ビームライン概要 . 高エネルギー加速器研究機構　 物質 構造 科学 研究所 中性子研究系　特任助教 三島賢二. 20 10 / 11/05@KEK. JSNS. J-PARC　Spallation Neutron Source. BL05 for Fundamental physics. BL05 : Neutron Beamline for Fundamental physics. Coupled moderator Φ n ~ 5  10 8 / cm 2 /sec/MW (in 100 str ). Fast Neutron.

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BL05 ビームライン概要

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Presentation Transcript

  1. BL05ビームライン概要 高エネルギー加速器研究機構　 物質構造科学研究所 中性子研究系　特任助教 三島賢二 2010/11/05@KEK

  2. JSNS J-PARC　Spallation Neutron Source

  3. BL05 for Fundamental physics BL05 : Neutron Beamline for Fundamental physics Coupled moderator Φn~ 5108 /cm2/sec/MW(in 100str)

  4. Fast Neutron The Concept of Beam Line Design moderator The neutron beam is divided to 3 branches 0m Unpolarization Biological Shield 7m Polarization 2D beam slit for each branch at 12m Low Divergence 12m 16m Iron & Concrete Shield

  5. Polarization Branch Experiment Beta decay Mirror Magnetic Supermirror(2.8Qc) Configuration Polygonal approximation 12unit  0.262 deg. (R=82m) Cross-section 40mm  100mm Channel 4ch Bender Length 4.5 m (375mm  6  2) Bending Angle 3.14 deg. Unpolarization Branch Experiment UCN&Scattering Mirrors Supermirror (3Qc) Configuration Real Curve Curvature 100m Cross-section 50mm  40mm Channel 5ch Bender Length 4.0 m (2.0m  2) Bending Angle 2.58 deg. Low Divergence Branch Experiment Interferometer Mirrors Supermirror (3Qc) Configuration 2 mirrors Critical Angle 0.95 deg. Bending Angle 3.85 deg. Design of Beam Optics s View of the Optics from Upstream Mishima et al., NIMA 600 (2009) 342–345 7m from moderator [cm]

  6. Neutron Flux and Background Top and Side View of Optics and Shield 評価点 計算: 6Sv/h@1MW 実測: 2Sv/h@1MW Calculated by Monte Calro simulation package PHITS2.12 Radiation Dose at 1MW

  7. Supermirror bender in assembly Nov. 2008

  8. NOP beamline completed!! Dec. 4, 2008

  9. ビームライン(実験スペース)拡張 run #35(2010年10月)にビームをコリメートし(12060→ 8050 )鉛ビームキャッチャーを下げることによって実験スペースを拡張。 実験エリア 16～20m 　　　　　　　　 　　↓　　　　　　　　 16～23m より大きな実験装置に対応可能になった。し

  10. ビームフラックスの測定 以下の場所で中性子フラックス(TOF分布)を測定、 シミュレーションと比較した。 ベンダー上流(7.7m) 非偏極下流(16.2m) 偏極下流(16.2m) 低発散下流(16.2m)

  11. ベンダー上流(7.7m) ベンダー上流(7.7m)に3Heビーム モニターを設置。 ~62% 3Heビームモニター  ~ 10-5 Φ10mmの6LiFで 中性子ビームをコリメートしている。 ただしバックグラウンドの影響大。30%程度の系統誤差あり。 要検出効率の再評価。

  12. 偏極下流(16.2m) フラックスは計算の32%であった。 ただし、スペクトルの形はおおよそ 一致しているが、0.35nmあたりが 計算より少ない。 B4C+鉛で20mm角に ビームをコリメート。 上流スリットは全開。 検出効率  ~ 10-4

  13. Polarization Branch Slit Scan BL06側slit可動範囲 BL04側slit可動範囲 109.1 98.0 82.1 78.0 Upper slit可動範囲 Lower slit可動範囲 28.0 26.5 0 54.7 55.7 14.7 68.4 13.1

  14. 非偏極下流(16.2m) ~47% フラックスは計算の47%であった。 ただし、スペクトルの形は ほぼ一致している。 Φ10mmに コリメート

  15. UNPolarization Branch Slit Scan BL06側slit可動範囲 BL04側slit可動範囲 65.6 59.0 56.9 Upper slit可動範囲 Lower slit可動範囲 15.6 2.5 0 51.8 57.7 15.7 68.5 11.8

  16. 非偏極の極冷中性子 Doppler shifterを用いてUCNに変換する。 中性子源の超長波長成分を測定。通常Flame overlapで測定できない領域を Main ring用に抜ける320 ms(8 flame)を使って測定した。3.5nm程度までの連続スペクトルを観測。 Maxwell-Boltzmann分布としてFitting。 aは減衰係数。 計算: 0.64 nm-1 実測: 0.80 nm-1

  17. 低発散下流ビームプロファイル XY X FWHM~2.7mm 1回反射 Slit width x:1mm y:1mm 2回反射

  18. シミュレーションとの比較 低発散ブランチは位相空間密度 (単位発散あたりのフラックス) を比較する。 Critical wavelength 計算： 0.23 nm 実測： 0.32nm ミラー(m=3)が予想より多い？ 中心の強いところ301mmをとる >0.35でのフラックスの比較 Φ = 5.1105 cm-2 str-1 s-1(48% of calculation)

  19. Neutron Spin Echo

  20. ビームフラックスまとめ *>0.35nmでの比較 全体として計算の1/2であった。

  21. まとめ BL05ビームラインは2008年12月に完成。 2010年10月に実験エリア拡張。 16~20m → 16~23mに。 ビームフラックスをベンダー上流と各ブランチ下流で測定。TOFは再現したが、フラックスは全体として1/2程度であった。

  22. Neutron bunching with Spin Flip Chopper Bunched beam is used for background reduction and fiducial volume definition. The contrast of 104 is possible by spin flip choppers. Soyama et al., Proceedings of ICANSXVI Shield TPC with 3He-4He-CO2 gas e- E Spin flipper Rise time ~1s p Polarizing supermirrors Window Beam Catcher 1m Beam Condition of J-PARC Phase1 • Beam Size 2 cm2 cm • Divergence 5 mrad • Beam Power 100 kW • Duty of chopper 10% Then Φn = 8  105 n/sec TPC length 1 m β decay event rate ~ 1.1 count/sec

  23. Neutron life time measurement at J-PARC Relative measurement with 3He(n,p)3H reaction 3He(n,p)3H =5333 7 barn at 2200 m/s 3He-4He gas Time projection Chamber 10-6 decay/m e- ~350keV 3H 3He 190 keV n p 572 keV p n ~400 eV Reaction rate is proportional to 1/v Neutron Lifetime is given as • Ne , Np : Electron and proton counts • e ,  p : Detection efficiencies • 3He : Atom density of 3He • v0 : 2200 m/s • 3He(v0) :Cross section of 3He(n,p)3H • at 2200m/s

  24. Absolute neutron fluxes PRELIMINARY High luminosity 1×108 (2.4×108) High polarization 4×107 (1.3×108) Small divergence 3×106 (1.2×107) [n/cm2/s/MW] カッコ内はシミュレーション Measured by gold foil activation at 16 m on Dec. 11, 2008 for 20 kW

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