スピンフリップチョッパー KEK 物構研 竹谷 薫 目次 • 中性子ベータ崩壊寿命測定@BL05 – 高精度測定（相対精度10−3）の意義 – 中性子のバンチ化によるバックグラウンドの低減 • スピンフリップチョッパー – 効率的にバンチ化出来る – 目標性能（Ｓ／Ｎ比、利用できるビームサイズ） – 目標達成方法（Sollerミラー、多段式） – テスト実験 • まとめ 中性子ベータ崩壊 電子 寿命：885.7±0.8 sec (Particle Data Group 2008) 中性子 陽子 反ニュートリノ 寿命を高精度測定(相対精度で10−3)を行うことで 新しい物理の検証出来る可能性をもつ。 測定原理 電子 中性子 ヘリウム3を混ぜた ガスチェンバー 陽子 ~400eV 三重水素 反ニュートリノ 中性子 ヘリウム３ 陽子 ~572keV 中性子寿命∝計測陽子数/計測電子数 バックグラウンドになる電子計数 中性子 ビーム 中性子の崩壊からできる電子 コンプトン散乱された電子 即発ガンマ線 中性子のバンチ化による バックグラウンドの低減 中性子 バンチ 中性子の崩壊からできる電子 コンプトン散乱された電子 即発ガンマ線 フリッパーに流す電流を変えて中性子 をバンチ化（スピンフリップチョッパー） フリッパー駆動時 （計数あり） 偏極中性子 フリッパー非駆動時 （計数なし） 検出器 フリッパー 磁気ミラー フリッパー 磁気ミラー バンチ化の方法 検出器長さの半分（1m程度）のバンチ長さにしたい 単結晶回折 スピンフリップチョッパー スピンフリップチョッパーの性能 フリップ比 オーソドックス 20:1 目標 100:1 利用できる ビーム幅 縦 30 mm 横 2 mm 縦 30 mm 横 18 mm 大きなフリップ比の達成方法 フリッパー 磁気ミラー スピンフリッパー非駆動時 スピンフリッパー駆動時 利用するスピンフリップチョッパーの数の 指数関数的にフリップ率が向上 広いビーム幅の達成方法 一枚のミラーを利用 利用できるビーム 入射ビーム ミラー Sollerミラーを利用 利用できるビーム 入射ビーム ミラー 製作したミラー パラメーター 値 ミラーの組成 Fe/SiGe3 ミラーの全反射臨界角 ニッケル全反射臨界角の ５倍 ミラーの間隔 3.6 mm 入射角 1.5 deg ミラーの大きさ 140 mm x 35 mm ミラーの厚み 0.7 mm 京都大学原子炉実験所で製作 実験セットアップ BL05偏極 ブランチ 長波長フィルター ミラー フリッパー 620 中性子源 から16m 370 500 250 3He検出器 350 1050 フリップ比（S/N ratio) -. "+ / 01234. " 56* "1234" #! ! ! ! ! " )!!" #! ! ! ! " (!!" ' !!" #! ! ! " &! ! " #! ! " %! ! " $! ! " #! " #! ! " #" !" !" '" #! " #' " $! " $' " %! " 123 ) $( 4$56278+$.3 9) : 0$ %' " &! " ! "# $%&' ( $ # ) *+%( , $- ( *, +$.&%/ 0$ * + , "-. "+ / 01234. " バンチ化スペクトル Neutron Count (arb) 4000 3000 2000 1000 0 0 10m 20m Time of flight (sec) 30m 40m 統計精度 加速器出力 120kW 検出器の長さ 1m 切り出し割合 30% イベントレート 0.4cps 現在のセットアップで 統計精度が10−3に達するのに一ヶ月程度 まとめ • 中性子ベータ崩壊寿命の高精度測定 – 目標精度 10−3 – 中性子のバンチ化による信号雑音比の向上 • スピンフリップチョッパー – フレキシブルなバンチ化で中性子の効率的利用 – 多段化とSollerミラーで要求性能を達成 – 現在のセットアップでも一ヶ月程度の測定で 10−3の統計精度を期待できる
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