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Printed by CROSS December 2019

J-PARC MLFの実験装置

Materials and Life Science Experimental Facility J-PARC 物質・生命科学実験施設

中性子非弾性散乱

・BL01 四季 4次元空間中性子探査装置

・BL02 DNA ダイナミクス解析装置

・BL06 VIN ROSE 中性子スピンエコー分光器群

・BL12 HRC 高分解能チョッパー分光器

・BL14 アマテラス冷中性子ディスクチョッパー型分光器

・BL23 POLANO 偏極中性子散乱装置

中性子回折

・BL03 iBIX 茨城県生命物質構造解析装置

・BL18 千手微小単結晶中性子構造解析装置

・BL08 SuperHRPD 超高分解能粉末中性子回折装置

・BL09 SPICA 特殊環境中性子回折装置

・BL11 PLANET 超高圧中性子回折装置

・BL19 匠工学材料回折装置

・BL20 iMATERIA 茨城県材料構造解析装置

・BL21 NOVA 高強度全散乱装置

中性子小角散乱・反射率

・BL15

・BL16

・BL17

大観

SOFIA

写楽

中性子小角・広角散乱装置

ソフト界面解析装置

偏極中性子反射率計

中性子イメージング

・BL22 螺鈿エネルギー分析型中性子イメージング装置

中性子断面積測定・中性子即発γ線分析

・BL04 ANNRI 中性子核反応測定装置

中性子検出器・デバイス開発・中性子基礎物理実験

・BL05 NOP 中性子光学基礎物理実験装置

・BL10 NOBORU 中性子源特性試験装置

中性子実験装置

ミュオン分光装置

・ D1 Muon D1 ミュオン物質生命科学実験装置

・ D2 Muon D2 ミュオン基礎科学実験装置

DNAダイナミクス解析装置

BL02

http://j-parc.jp/researcher/MatLife/ja/instrumentation/ns.html

川北　至信¹��@��

松浦　直人²�_��@ ��

BL02 チーム��@�� 1 JAEA J-PARCセンター

2 CROSS

連絡先

仕様

運動量範囲 0.08 < Q < 1.98［A-1］：Si（111）1.04 < Q < 3.79［A-1］：Si（311）（計画中）

モデレーター結合型モデレーター

アナライザー結晶及び反射指数（解析エネルギーEf） Si（111）：2.02 meV、Si（311）：7.4 meV

アナライザーブラッグ角度～ 87.5 deg

測定角度範囲水平方向：-30°～+ 150°：Si（111）、 -90°～ -78°：Si（311）、（-150°：-42°：Si（311）増設計画中）垂直方向：-14°～ + 21°

エネルギー分解能2.4 µeV（弾性散乱位置）：Si（111） 1cm x 1cm slit3.5 µeV（弾性散乱位置）：Si（111） 3cm x 3cm slit 12 µeV（弾性散乱位置）：Si（311） 3cm x 3cm slit

エネルギー範囲 -500 < E < +1500 （µeV）：パルス整形チョッパーの位相を変える場合-30 < E < 100 （µeV）：Ef 付近にパルス整形チョッパーの位相を合わせる場合

ビームサイズ 3 cm（垂直）x 2 cm（水平）

試料の寸法及び体積［液体、ソフトマター］14 mm φ x ～ 30 mm（高さ）、厚みは透過率に依存［固体物理］～ 1 cm3

試料環境・機器（標準）ヘリウム循環型冷凍機を用いたトップローディング式クライオファーネス（5 - 600 K）（使用可能 SE 機器）3He 冷凍機（300 mK-）、Dilution 冷凍機（100 mK-）

ダイナミクス解析装置 DNA は、Si 完全結晶ウエハをアナライザーに用いた背面反射型分光器である。DNA は原子、分子、スピンのピコ秒からナノ秒に及ぶ運動を調べることができ、生体物質の機能解明、高分子等のソフトマター、電池材料、触媒材料等の機能性材料の開発、磁性物質の研究など産業応用から基礎研究まで幅広い分野をカバーする。

四季4次元空間中性子探査装置

https://mlfinfo.jp/ja/blmap.html

BL01

超伝導体

量子磁性体、フラストレート磁性体

強誘電体、マルチフェロイック物質

ガラス、その他の非晶質

物質中の磁気励起、フォノン、原子振動の研究

応用分野モデレーター結合型水素モデレーター

線源ー試料間の距離 18 m

試料ー検出器間の距離 2.5 m

チョッパーー試料間の距離 1.7 m

入射中性子エネルギー 5 < Ei < 300 meV

検出角度範囲水平方向： -35° - 91 °垂直方向： -25° - 27°

分解能 ΔE/Ei > 5% （@ E = 0 meV）

試料位置での中性子強度～ 3 × 105 n⁄s⁄cm2（@ Ei = 50 meV, ΔE/Ei = 5%）（@ 1 MW, 計算値）

試料位置でのビームサイズ最大サイズ 45 mm × 45 mm 最適サイズ 20 mm × 20 mmスリットにより可変

仕様

梶本　亮一¹��@��

中村　充孝¹��@��

蒲沢　和也²�_�� @��

1 JAEA J-PARCセンター2 CROSS

連絡先

四季（正式名・4次元空間中性子探査装置）はチョッパー型の非弾性中性子散乱装置である。MLF に設置されている同種の装置の中でも四季は特に熱中性子領域（数 10 meV ～数 100 meV）において高い強度と測定効率を実現することで、高温超伝導体、磁性体、誘電体、非晶質等における新奇なスピン・格子ダイナミクスによる微弱なシグナルを観測することを目指して設計されている。そのため、高臨界角（m = 3～4）の中性子スーパーミラーを楕円形状に設置した収束型中性子導管、長尺³He 一次元位置敏感検出器（長さ 2.5 m）を大型真空槽内に円筒状に配置した大面積検出器、複数同時エネルギー測定が可能なフェルミチョッパー等の先進的な機器を備えている。

DNAダイナミクス解析装置

BL02


川北　至信¹��@��

松浦　直人²�_��@ ��

BL02 チーム��@�� 1 JAEA J-PARCセンター

2 CROSS

連絡先

仕様

運動量範囲 0.08 < Q < 1.98［A-1］：Si（111）1.04 < Q < 3.79［A-1］：Si（311）（計画中）

モデレーター結合型モデレーター

アナライザー結晶及び反射指数（解析エネルギーEf） Si（111）：2.02 meV、Si（311）：7.4 meV

アナライザーブラッグ角度～ 87.5 deg

測定角度範囲水平方向：-30°～+ 150°：Si（111）、 -90°～ -78°：Si（311）、（-150°：-42°：Si（311）増設計画中）垂直方向：-14°～ + 21°

エネルギー分解能2.4 µeV（弾性散乱位置）：Si（111） 1cm x 1cm slit3.5 µeV（弾性散乱位置）：Si（111） 3cm x 3cm slit 12 µeV（弾性散乱位置）：Si（311） 3cm x 3cm slit

エネルギー範囲 -500 < E < +1500 （µeV）：パルス整形チョッパーの位相を変える場合-30 < E < 100 （µeV）：Ef 付近にパルス整形チョッパーの位相を合わせる場合

ビームサイズ 3 cm（垂直）x 2 cm（水平）

試料の寸法及び体積［液体、ソフトマター］14 mm φ x ～ 30 mm（高さ）、厚みは透過率に依存［固体物理］～ 1 cm3

試料環境・機器（標準）ヘリウム循環型冷凍機を用いたトップローディング式クライオファーネス（5 - 600 K）（使用可能 SE 機器）3He 冷凍機（300 mK-）、Dilution 冷凍機（100 mK-）

ダイナミクス解析装置 DNA は、Si 完全結晶ウエハをアナライザーに用いた背面反射型分光器である。DNA は原子、分子、スピンのピコ秒からナノ秒に及ぶ運動を調べることができ、生体物質の機能解明、高分子等のソフトマター、電池材料、触媒材料等の機能性材料の開発、磁性物質の研究など産業応用から基礎研究まで幅広い分野をカバーする。

四季4次元空間中性子探査装置


BL01

超伝導体

量子磁性体、フラストレート磁性体

強誘電体、マルチフェロイック物質

ガラス、その他の非晶質

物質中の磁気励起、フォノン、原子振動の研究

応用分野モデレーター結合型水素モデレーター

線源ー試料間の距離 18 m

試料ー検出器間の距離 2.5 m

チョッパーー試料間の距離 1.7 m

入射中性子エネルギー 5 < Ei < 300 meV

検出角度範囲水平方向： -35° - 91 °垂直方向： -25° - 27°

分解能 ΔE/Ei > 5% （@ E = 0 meV）

試料位置での中性子強度～ 3 × 105 n⁄s⁄cm2（@ Ei = 50 meV, ΔE/Ei = 5%）（@ 1 MW, 計算値）

試料位置でのビームサイズ最大サイズ 45 mm × 45 mm 最適サイズ 20 mm × 20 mmスリットにより可変

仕様

梶本　亮一¹��@��

中村　充孝¹��@��

蒲沢　和也²�_�� @��

1 JAEA J-PARCセンター2 CROSS

連絡先

四季（正式名・4次元空間中性子探査装置）はチョッパー型の非弾性中性子散乱装置である。MLF に設置されている同種の装置の中でも四季は特に熱中性子領域（数 10 meV ～数 100 meV）において高い強度と測定効率を実現することで、高温超伝導体、磁性体、誘電体、非晶質等における新奇なスピン・格子ダイナミクスによる微弱なシグナルを観測することを目指して設計されている。そのため、高臨界角（m = 3～4）の中性子スーパーミラーを楕円形状に設置した収束型中性子導管、長尺³He 一次元位置敏感検出器（長さ2.5 m）を大型真空槽内に円筒状に配置した大面積検出器、複数同時エネルギー測定が可能なフェルミチョッパー等の先進的な機器を備えている。

ANNRI中性子核反応測定装置


BL04

中性子核反応測定装置（ANNRI）は、核データ測定、天体物理学、元素分析などの原子核科学研究に使われています。

木村　敦��@��

瀬川　麻里子�� @��

JAEA J-PARCセンター

連絡先

仕様

入射中性子エネルギー En > 0.0015 eV

検出器 Ge 検出器（飛行距離：21.5 m）NaI 検出器（飛行距離： 2 8 m）

中性子強度（＠試料位置＠1MW）

@ 21.5 m 試料位置 4.3×107 n/cm2/s　1.5 meV < En < 25 meV 9.3×105 n/cm2/s　0.9 eV < En < 1.1 eV 1.0×106 n/cm2/s　0.9 keV < En < 1.1 keV

総合型水素モデレーターモデレーター

最大試料寸法幅 2 cm、高さ 3 cm

21.5 m の試料位置では最下流のコリメータで試料に合わせて 22、15、7、6 mmφに調整可能ビームサイズ

研究対象

元素分析放射性物質と宇宙化学

核データ測定マイナーアクチナイド長寿命核分裂生成物等

iBIX茨城県生物物質構造解析装置

モデレーター結合型

入射中性子波長 0.7 ～ 4.0 Å（1st frame）4.0 ～ 8.0 Å（2nd frame）

L1 40 m

検出器立体角 19.5% for 4 π

入射中性子強度（@1MW） 0.7 × 106 n/s/mm2

L2 500 mm

測定角度範囲 + 15.5 ～ + 168.5 deg.

検出器サイズ 133 × 133 mm

検出器ピクセルサイズ 0.52 × 0.52 mm

検出器数 30


日下　勝弘��@��

山田　太郎�� @��

連絡先茨城大学

生体高分子の水素と水和構造の解明

有機化合物における水素原子を含む構造解析

ポリマー試料の繊維回析分析

応用分野仕様

BL03

His12

タンパク質の周囲の水素原子や水分子はタンパク質の 3 次元的な構造の安定性と、生理学上の多くの機能に重要な役割を果たしている。J-PARC MLF の BL03 に建設された茨城県生命物質構造解析装置（iBIX）は高性能な飛行時間型単結晶中性子解析装置である。主に様々な生命現象における生体高分子と有機化合物の水素やプロトン化と水和構造を明らかにすることを目的にしている。

波長シフトファイバ方式2次元検出器

iBIX で測定した標準蛋白試料（RNase A）の回析パターン

標準タンパク質試料の活性部位ヒスチジン残基の中性子散乱長マップ。水分子（D₂O）と水素原子（D）が観察される。

装置性能

D2O

Dδ1

NeutronNeutron

分解能

最大格子体積

測定時間

試料サイズ

1MWでの計画

2.0 Å 程度

135 X 135 X 135 Å3

1 週間以内

1 mm3

これまでの実績@ 500kW

2.0 Å 程度

133.4 X 133.4 X 133.4 Å3

10 日以内

0.5 ～ 6 mm3

VIN ROSE中性子共鳴スピンエコー分光器群


連絡先遠藤　仁��@��

KEK J-PARCセンター日野　正裕��@��

京都大学

BL06

BL06 VIN ROSE 上面図

BL06（2015年7月） MIZE 分光器（2015年4月）

MIEZE は 2017 年度、NRSE は 2018 年度からユーザーのプログラムが開始されました。

中性子スピンエコー技術（NSE）は現時点で最高の中性子エネルギー分解能を有している重要な分光法である。NSE とパルス中性子源を組み合わせることにより、広い時空間を効率良く走査することが可能である。BL06 の 2 つの分光器、NRSE（neutron resonance spin echo）、MIEZE（modulated intensity by zero effort）は、京都大学と KEK の共同により建設された。中性子共鳴スピンフリッパーを採用し、狭い空間に複数のコンパクトな分光器を設計・設置した。この「中性子共鳴スピンエコー分光器群」は、VIllage of Neutron ResOnance Spin Echo spectrometers にちなみ VIN ROSE と命名された。本装置は新しい分光法の分野を開くと期待される。

ソフトマターのスローダイナミクス（高分子、蛋白質、コロイド、マイクロエマルジョン等）

磁場中のスピンガラスのダイナミクス

応用分野

フーリエ時間

VIN ROSE 装置設計仕様

分光器波長 Q 領域 [Å-1]MIEZE

NRSE

3 < λ < 13 [Å]

5 < λ < 20 [Å]

0.2 < Q < 3.5

0.02 < Q < 0.65

1 [ps] < t < 2 [ns]

0.1 [ns] < t < 0.1 [μs]

NOP中性子光学基礎物理実験装置

BL05


三島　賢二[email protected]

猪野　隆[email protected] J-PARCセンター

連絡先

NOP（中性子光学基礎物理実験装置）はパルス中性子を用いた基礎物理、中性子光学の研究を主目的とする。NOP ビームラインは、一本の中性子ビームをスーパーミラー・ベンダーにより三分岐して、低発散ビーム、非偏極ビーム、偏極ビームを供している。

仕様モデレーター結合型水素モデレーター

中性子波長 2 Å ～ 9 Å

各ブランチのビーム条件（16 m 位置、高さ×幅）

低発散ブランチ：80 mm × 20 mm非偏極ブランチ： 55 mm × 45 mm偏極ブランチ：80 mm × 50 mm

平均偏極度（偏極ブランチ） 96%

付属装置低発散ブランチ：7.5 m 及び 12 m 位置に B₄C スリット非偏極・偏極ブランチ：12 m 位置に B₄C スリット

　　　 UCN 発生用ドップラーシフター

その他 NOP ビームラインの壁と天井が遮蔽されていないため、ガンマ線または散乱中性子を放射する実験では、適切な放射線遮蔽が必要です。

中性子強度（16 m 位置、＠1 MW）

低発散ブランチ：5.4 × 10⁴ n/s/cm²非偏極ブランチ： 9.4 × 10⁷ n/s/cm²偏極ブランチ：3.9 × 10⁷ n/s/cm²

ビーム発散（16 m 位置）

低発散ブランチ：5.4 × 10-2 µstr非偏極ブランチ： 1.0 × 102 µstr偏極ブランチ：1.9 × 102 µstr

SPICA特殊環境粉末中性子回折装置

BL09


米村　雅雄��@��

神山　崇��@��KEK J-PARCセンター

連絡先

特殊環境粉末中性子回折装置 SPICA は、J-PARC において、次世代蓄電池開発研究を見据えた初めての装置である。本装置は、in situ やオペランド測定を想定し、中性子強度と分解能のバランスを考慮した設計となっており、動作環境下の蓄電池から電極材料等の原子レベルの構造変化を観測し、定性・定量的な分析が行える。

応用分野広範囲の機能性材料の構造科学

特殊環境での in situ 測定とオペランド測定

電池の実用化研究

仕様モデレーター非結合ポイズン型モデレーター

第 1 飛行距離 L1, 52 m

検出器配置背面バンク（150°≤ 2θ ≤ 175°）特殊環境バンク（13°≤ 2θ ≤ 140°）低角バンク（1.6°≤ 2θ ≤ 30°）

粉末試料 V - Ni 標準試料セル：（φ 6 mm x 55 mm (h)）

入射中性子波長 0.2 < λ < 2.9 Å（25 Hz）0.2 < λ < 8.7 Å（8.33 Hz）

試料量 ~ 1 g


楕円ガイド管 m = 3 ‒ 6

試料位置でのビームサイズ 40 (H) mm x 20 (w) mm

自動試料交換機（40 試料）

オペランド測定用の自動試料交換機（10 試料）

オペランド測定用付属品

トップローディング型冷凍機（10 - 300 K コミッショニング中）トップローディング型加熱ステージ（クライオファーネス）（20 - 800 K コミッショニング中）

試料環境

SuperHRPD超高分解能粉末中性子回折装置


BL08

SuperHRPD は、非結合ポイズン型の薄い側面から約 100 メートルの位置にある。高分解能と高い S/N の中性子パルスを作り出すために開発された。 Δ d/d ～ 0.035％の分解能を達成している。

鳥居　周輝��@��


連絡先

標準サンプル缶を使用した標準測定時間：

試　料測定時間

CeO2

Si

Al2O3

Liスピネル (ex.LiMn2O4)アミノ酸磁気構造の精密構造解析

～ 24 時間

1～3 時間

～ 24 時間

NIST Si 粉末のリートベルト解析結果

d 範囲0.3 - 4.0 Å：高角バンク（150º <2θ< 175º）0.4 - 7.5 Å：中角バンク（ 60º <2θ< 120º）0.7 - 45 Å：低角バンク（ 10º <2θ< 40º）

その他 V-Ni 標準試料セル： φ 6 mm x 55 mm（h）

分解能Δ d/d

最高分解能～ 0.03%（at 2θ～ 172°）0.1 ～ 0.15%（高角バンク）0.4 ～ 0.7%（中角バンク）0.7 ～ 3.0%（低角バンク）

試料体積～ 3 cc

仕様

Si 単結晶を用いた分解能の比較

ハイブリッド構造及びナノ構造を有する新規材料の構造科学

強相関系の構造物理学、マルチフェロイック系、悪魔の花などの多重相互作用系

医薬化合物と超分子の構造科学

応用分野

試料環境T トップローディング型冷凍機（8 - 300 K）ボトムローディング型冷凍機（4 - 300 K）バナジウム炉（20 - 950 ℃）自動試料交換機（10 samples）

高角バンク検出器高角バンク検出器

SPICA特殊環境粉末中性子回折装置

BL09


米村　雅雄��@��


連絡先

特殊環境粉末中性子回折装置 SPICA は、J-PARC において、次世代蓄電池開発研究を見据えた初めての装置である。本装置は、in situ やオペランド測定を想定し、中性子強度と分解能のバランスを考慮した設計となっており、動作環境下の蓄電池から電極材料等の原子レベルの構造変化を観測し、定性・定量的な分析が行える。

応用分野広範囲の機能性材料の構造科学

特殊環境での in situ 測定とオペランド測定

電池の実用化研究



検出器配置背面バンク（150°≤ 2θ ≤ 175°）特殊環境バンク（13°≤ 2θ ≤ 140°）低角バンク（1.6°≤ 2θ ≤ 30°）

粉末試料 V - Ni 標準試料セル：（φ 6 mm x 55 mm (h)）

入射中性子波長 0.2 < λ < 2.9 Å（25 Hz）0.2 < λ < 8.7 Å（8.33 Hz）

試料量 ~ 1 g


楕円ガイド管 m = 3 ‒ 6

試料位置でのビームサイズ 40 (H) mm x 20 (w) mm

自動試料交換機（40 試料）

オペランド測定用の自動試料交換機（10 試料）

オペランド測定用付属品

トップローディング型冷凍機（10 - 300 K コミッショニング中）トップローディング型加熱ステージ（クライオファーネス）（20 - 800 K コミッショニング中）

試料環境

SuperHRPD超高分解能粉末中性子回折装置


BL08

SuperHRPD は、非結合ポイズン型の薄い側面から約 100 メートルの位置にある。高分解能と高い S/N の中性子パルスを作り出すために開発された。Δ d/d ～ 0.035％の分解能を達成している。

鳥居　周輝��@��


連絡先

標準サンプル缶を使用した標準測定時間：

試　料測定時間

CeO2

Si

Al2O3

Liスピネル (ex.LiMn2O4)アミノ酸磁気構造の精密構造解析

～ 24 時間

1～3 時間

～ 24 時間

NIST Si 粉末のリートベルト解析結果

d 範囲0.3 - 4.0 Å：高角バンク（150º <2θ< 175º）0.4 - 7.5 Å：中角バンク（ 60º <2θ< 120º）0.7 - 45 Å：低角バンク（ 10º <2θ< 40º）

その他 V-Ni 標準試料セル： φ 6 mm x 55 mm（h）

分解能Δ d/d

最高分解能～ 0.03%（at 2θ～ 172°）0.1 ～ 0.15%（高角バンク）0.4 ～ 0.7%（中角バンク）0.7 ～ 3.0%（低角バンク）

試料体積～ 3 cc

仕様

Si 単結晶を用いた分解能の比較

ハイブリッド構造及びナノ構造を有する新規材料の構造科学

強相関系の構造物理学、マルチフェロイック系、悪魔の花などの多重相互作用系

医薬化合物と超分子の構造科学

応用分野

試料環境T トップローディング型冷凍機（8 - 300 K）ボトムローディング型冷凍機（4 - 300 K）バナジウム炉（20 - 950 ℃）自動試料交換機（10 samples）

高角バンク検出器高角バンク検出器

PLANET超高圧中性子回折装置


服部　高典��@��

佐野　亜沙美��@��JAEA J-PARCセンター

連絡先

BL11

PLANETは高圧実験に特化した粉末回折ビームラインである。6軸型マルチアンビルプレス「圧姫」を用いることによって、高温高圧下（0-10万気圧、2000 K）における実験を行える。ファインな入射および受光コリメータを用いることによってヒーターや試料容器等の試料を取り囲む物質からの散乱の混入を防ぐことができ、高圧下でも精度よく結晶、非晶質固体、液体の構造解析ができるようになっている。また、パリ―エジンバラプレス（P-Eプレス）、低温高圧水戸システム等の他の小型プレスを用いることで、0-20万気圧、30-2000 Kの広い温度圧力範囲での実験が可能となっている。

超高圧中性子回折装置 PLANET 6 軸型マルチアンビルプレス「圧姫」

線源ー試料距離 25 m

試料ー検出器距離 1.5 ‒ 1.85 m

波長 0.3 ‒ 6.0 Å

Q- 範囲 1.5 ‒ 30 Å－1（単フレーム）0.8 ‒ 30 Å－1（複フレーム）

角度範囲 90° ± 11.3°（水平方向）0° ± 34.6°（鉛直方向）

d- 範囲 0.2 ‒ 4.2 Å （単フレーム）0.2 ‒ 8.4 Å （複フレーム）

分解能 Δ d/d = 0.6% 試料位置 φ10 mmでの中性子束 5.3 × 107 neutrons cm-2 s-1（@1MW）

温度圧力範囲0 ‒ 16 GPa, RT ‒ 2000 K （圧姫）0 ‒ 20 GPa, RT （P-E プレス）0 ‒ 20 GPa, 30 ‒ 673 K（水戸システム）

典型的な試料体積 0 ‒ 10 GPa に対し 50 mm3

仕様研究分野

惑星科学低温高圧実験による氷天体の内部構造の推定

材料科学新規水素化物の形成プロセスのその場観察

物理学液体ー液体一次相転移のメカニズムの解明

地球科学含水鉱物や含水マグマ中の水素量や水素位置の決定鉱物や地球の物理化学的性質に及ぼす水の影響

＊これらの値は試料の化学組成や結晶構造により変わる。液体、非晶質固体に関しては約4倍になる。実際の実験では、さらに強度補正のためにバナジウム及び空セルの測定が必要となる。

6軸プレスP-E プレス水戸システム

高圧装置圧力条件

��

��

��

��

��

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��

加速器出力 400 kW において鉱物の結晶構造を行うための典型的な露光時間 (＊)

試料環境6 軸型マルチアンビルプレス（圧姫）パリ―エジンバラプレス（VX4）低温高圧セル（水戸システム）

Neutron

使用例中性子照射

多波長中性子ホログラフィ

検出器、SEOP、パルス中性子イメージングなどの開発

仕様波長 < 10 Å

分解能（Δλ/λ） 0.33%

中性子強度（@ 14m @ 1 MW）

4.8 × 107 n/s/cm2（< 0.4 eV）1.2 × 107 n/s/cm2（> 1 MeV）1.2 × 106 n/s/cm2（> 10 MeV）

ビームサイズ最大 10 × 10 cm2

その他情報コリメーション比は（L/D = 140, 190, 600, 1875）から、フィルターは（鉛、ビスマス、アクリル、ボロシリケートガラス）から選択可能。

ガイドレスの中性子ビームライン設計のため、ビーム発散が小さい。

実験スペースは、幅 2.5 m、長さ 3.5 m、高さ 3.0 m で、多様な実験機器に対応する。

10 cm 立方体の鉄鋼までの大きな試料（散乱）に耐える強固な遮蔽体。

NOBORU中性子源特性試験装置


及川　健一��@��

原田　正英��@��JAEA J-PARCセンター

連絡先

BL10

NOBORU は 2007 年に J-PARC MLF に建設された。装置の第一の目的はMLF の核破砕中性子源の性能検証と施設の健全性診断である。また、この装置では、様々な検出器やデバイスの試験開発、あたらしい実験手法のアイデア実証や高エネルギー中性子照射にも適した中性子場を提供する。

PLANET超高圧中性子回折装置


服部　高典��@��

佐野　亜沙美��@��JAEA J-PARCセンター

連絡先

BL11

PLANETは高圧実験に特化した粉末回折ビームラインである。6軸型マルチアンビルプレス「圧姫」を用いることによって、高温高圧下（0-10万気圧、2000 K）における実験を行える。ファインな入射および受光コリメータを用いることによってヒーターや試料容器等の試料を取り囲む物質からの散乱の混入を防ぐことができ、高圧下でも精度よく結晶、非晶質固体、液体の構造解析ができるようになっている。また、パリ―エジンバラプレス（P-Eプレス）、低温高圧水戸システム等の他の小型プレスを用いることで、0-20万気圧、30-2000 Kの広い温度圧力範囲での実験が可能となっている。

超高圧中性子回折装置 PLANET 6 軸型マルチアンビルプレス「圧姫」

線源ー試料距離 25 m

試料ー検出器距離 1.5 ‒ 1.85 m

波長 0.3 ‒ 6.0 Å

Q- 範囲 1.5 ‒ 30 Å－1（単フレーム）0.8 ‒ 30 Å－1（複フレーム）

角度範囲 90° ± 11.3°（水平方向） 0° ± 34.6°（鉛直方向）

d- 範囲 0.2 ‒ 4.2 Å （単フレーム）0.2 ‒ 8.4 Å （複フレーム）

分解能 Δ d/d = 0.6% 試料位置 φ10 mmでの中性子束 5.3 × 107 neutrons cm-2 s-1 （@1MW）

温度圧力範囲0 ‒ 16 GPa, RT ‒ 2000 K （圧姫）0 ‒ 20 GPa, RT （P-E プレス）0 ‒ 20 GPa, 30 ‒ 673 K（水戸システム）

典型的な試料体積 0 ‒ 10 GPa に対し 50 mm3

仕様研究分野

惑星科学低温高圧実験による氷天体の内部構造の推定

材料科学新規水素化物の形成プロセスのその場観察

物理学液体ー液体一次相転移のメカニズムの解明

地球科学含水鉱物や含水マグマ中の水素量や水素位置の決定鉱物や地球の物理化学的性質に及ぼす水の影響

＊これらの値は試料の化学組成や結晶構造により変わる。液体、非晶質固体に関しては約4倍になる。実際の実験では、さらに強度補正のためにバナジウム及び空セルの測定が必要となる。

6軸プレスP-E プレス水戸システム

高圧装置圧力条件

��

��

��

��

��

��

��

加速器出力 400 kW において鉱物の結晶構造を行うための典型的な露光時間 (＊)

試料環境6 軸型マルチアンビルプレス（圧姫）パリ―エジンバラプレス（VX4）低温高圧セル（水戸システム）

Neutron

使用例中性子照射

多波長中性子ホログラフィ

検出器、SEOP、パルス中性子イメージングなどの開発

仕様波長 < 10 Å

分解能（Δλ/λ） 0.33%

中性子強度（@ 14m @ 1 MW）

4.8 × 107 n/s/cm2（< 0.4 eV）1.2 × 107 n/s/cm2（> 1 MeV）1.2 × 106 n/s/cm2（> 10 MeV）

ビームサイズ最大 10 × 10 cm2

その他情報コリメーション比は（L/D = 140, 190, 600, 1875）から、フィルターは（鉛、ビスマス、アクリル、ボロシリケートガラス）から選択可能。

ガイドレスの中性子ビームライン設計のため、ビーム発散が小さい。

実験スペースは、幅 2.5 m、長さ 3.5 m、高さ 3.0 m で、多様な実験機器に対応する。

10 cm 立方体の鉄鋼までの大きな試料（散乱）に耐える強固な遮蔽体。

NOBORU中性子源特性試験装置


及川　健一��@��

原田　正英��@��JAEA J-PARCセンター

連絡先

BL10

NOBORU は 2007 年に J-PARC MLF に建設された。装置の第一の目的はMLF の核破砕中性子源の性能検証と施設の健全性診断である。また、この装置では、様々な検出器やデバイスの試験開発、あたらしい実験手法のアイデア実証や高エネルギー中性子照射にも適した中性子場を提供する。

アマテラス冷中性子ディスクチョッパー型分光器


中島　健次��@��

河村　聖子��@��JAEA J-PARCセンター

連絡先

BL14

AMATERASは冷中性子領域から熱中性子領域にかかるエネルギー領域での中性子非弾性散乱、準弾性散乱測定を行うディスクチョッパー型の中性子分光器です。この分光器は、フォノン、マグノン等素励起の観測から液体、非晶質、高分子、生体物質等内部での分子、原子の揺らぎ、拡散現象の測定に至るまで広い研究分野をカバーする装置です。この分光器の特徴は、線源のパルスの形状を整形するパルス整形チョッパーを持つことで、J-PARC中性子源の大ピーク強度を活かし、多重 E��測定手法等と合わせて、大強度、高分解能の中性子非弾性散乱、準弾性散乱測定することができる装置となっています。

結合型モデレーター

モデレーター－試料間：30 m試料－検出器間：4 mモデレーター－単色化用チョッパー間：28.4 m

飛行距離

水平方向：+3.4̊ - +116̊（将来 - 40̊ - +135̊ まで拡張予定）垂直方向：-16̊ - +23̊

検出器角度範囲

1 meV < Ei < 80 meV入射エネルギー

Ei < 3 meV で最高 1% 程度Ei < 20 meV で最高 2~3% 程度Ei < 80 meV で最高 4~5% 程度

エネルギー分解能（ΔE/Ei）

典型的には幅 10 mm×高さ 20 mm程度試料サイズ

仕様

試料環境ボトムローディング式ヘリウム循環型冷凍機（5-300 K）トップローディング式ヘリウム循環型冷凍機（7-300 K）高温スティック（T < 500 K）その他、共通機器も利用可能 *1

（*1　一部使用条件に制限がある場合があります。詳細は装置　　グループにお問い合わせください。）

応用分野液体、高分子、生体物質等内部の原子分子の拡散、揺動の研究

結晶内の格子、スピンの揺動、集団励起等の研究

HRC高分解能チョッパー分光器

BL12


高分解能チョッパー分光器HRCは、物質の磁気励起や格子振動などの素励起を比較的高いエネルギーの中性子を用いて高分解能で測定する中性子非弾性散乱装置である。高回転フェルミチョッパーにより、世界最高分解能を実現し、高エネルギー中性子と小角散乱検出器の利用により、これまで到達不可能だったエネルギー運動量空間へアクセスすることを目指している。

固体中のスピン・原子・分子のダイナミクス応用分野

散乱角水平方向 : -31°～ 62°垂直方向 : ±20°

中性子強度 (@ 試料位置 @ 1MW) 1 x 105 n/s/cm2（ΔE/Ei = 2.5%）

エネルギー分解能 Δ E/Ei ≥ 2.5%（@ E = 0 meV）

最大試料寸法 5 cm x 5 cm

試料環境・機器GM冷凍機（4 - 300 K）1K 冷凍機（Tmin = 0.6 K）

中性子エネルギー 5 meV < Ei < 2000 meV

非結合型水素モデレーターモデレーター

仕様

1 KEK J-PARCセンター2 東京大学

連絡先伊藤　晋一¹��@��

益田　隆嗣²��@��

横尾　哲也¹��@��

アマテラス冷中性子ディスクチョッパー型分光器


中島　健次��@��

河村　聖子��@��JAEA J-PARCセンター

連絡先

BL14

AMATERASは冷中性子領域から熱中性子領域にかかるエネルギー領域での中性子非弾性散乱、準弾性散乱測定を行うディスクチョッパー型の中性子分光器です。この分光器は、フォノン、マグノン等素励起の観測から液体、非晶質、高分子、生体物質等内部での分子、原子の揺らぎ、拡散現象の測定に至るまで広い研究分野をカバーする装置です。この分光器の特徴は、線源のパルスの形状を整形するパルス整形チョッパーを持つことで、J-PARC中性子源の大ピーク強度を活かし、多重 E��測定手法等と合わせて、大強度、高分解能の中性子非弾性散乱、準弾性散乱測定することができる装置となっています。

結合型モデレーター

モデレーター－試料間：30 m試料－検出器間：4 mモデレーター－単色化用チョッパー間：28.4 m

飛行距離

水平方向：+3.4̊ - +116̊（将来 - 40̊ - +135̊ まで拡張予定）垂直方向：-16̊ - +23̊

検出器角度範囲

1 meV < Ei < 80 meV入射エネルギー

Ei < 3 meV で最高 1% 程度Ei < 20 meV で最高 2~3% 程度Ei < 80 meV で最高 4~5% 程度

エネルギー分解能（ΔE/Ei）

典型的には幅 10 mm×高さ 20 mm程度試料サイズ

仕様

試料環境ボトムローディング式ヘリウム循環型冷凍機（5-300 K）トップローディング式ヘリウム循環型冷凍機（7-300 K）高温スティック（T < 500 K）その他、共通機器も利用可能 *1

（*1　一部使用条件に制限がある場合があります。詳細は装置　　グループにお問い合わせください。）

応用分野液体、高分子、生体物質等内部の原子分子の拡散、揺動の研究

結晶内の格子、スピンの揺動、集団励起等の研究

HRC高分解能チョッパー分光器

BL12


高分解能チョッパー分光器HRCは、物質の磁気励起や格子振動などの素励起を比較的高いエネルギーの中性子を用いて高分解能で測定する中性子非弾性散乱装置である。高回転フェルミチョッパーにより、世界最高分解能を実現し、高エネルギー中性子と小角散乱検出器の利用により、これまで到達不可能だったエネルギー運動量空間へアクセスすることを目指している。

固体中のスピン・原子・分子のダイナミクス応用分野

散乱角水平方向 : -31°～ 62°垂直方向 : ±20°

中性子強度 (@ 試料位置 @ 1MW) 1 x 105 n/s/cm2（ΔE/Ei = 2.5%）

エネルギー分解能 Δ E/Ei ≥ 2.5%（@ E = 0 meV）

最大試料寸法 5 cm x 5 cm

試料環境・機器GM冷凍機（4 - 300 K）1K 冷凍機（Tmin = 0.6 K）

中性子エネルギー 5 meV < Ei < 2000 meV


仕様

1 KEK J-PARCセンター2 東京大学

連絡先伊藤　晋一¹��@��

益田　隆嗣²��@��

横尾　哲也¹��@��

SOFIAソフト界面解析装置


BL16

ソフト界面解析装置 SOFIA は、主にソフトマターによる界面を中心に様々な界面について深さ方向に対する構造を、ナノメートルからサブマイクロメートルスケールで観察することが可能である。特に中性子の特長を生かすことにより、重水素化物でラベルした部分のみを強調して観察したり、基板を通してビームを入射して固体と液体の界面を調べたりすることができる。また、J-PARCの大強度ビームを生かして数秒から数十分刻みでの時分割測定を行うことができ、特殊な装置を用いて温度ジャンプや液体接触を行った後の構造変化を広い qz領域で調べることができる。

山田　悟史��@��

瀬戸　秀紀��@��KEK J-PARCセンター

有機 EL 等の多層有機膜

リチウムイオン電池の電極等の固体／液体界面

石鹸水上の界面活性剤単分子膜等の液体の自由界面

応用分野

固体／液体界面における時分割測定を行うためのセル（測定の直前に液体を注入可能）

短時間での加熱が可能なレーザー加熱システム（室温から200 ℃まで10秒）Te

mpe

ratu

re[ °C]

Time[s]

50

100

150

200

0 10 15 205

Laser(100W,880nm)

sample(2inch wafer)

反射率プロファイルの時間依存性（同じデータを異なる時間間隔で分析した）

様々な状況下で全 qz 領域をカバーする典型的な最大 qzおよび測定時間（500kWのビームパワー）※無反射水…軽水：重水を約 9：1 の割合で混合した、空気と同じ屈折率を有する水

SOFIA 反射率計を下流から見た様子SOFIA 反射率計を下流から見た様子

測定対象最大 Qz��

��

��

��

��

��

測定時間（試料寸法）1 時間（76 mmØ）30 分（76 mmØ）15 分（40 mmØ）3時間（40 mmØ）1時間（76 mmØ）

1時間（76 mmØ）

空気／高分子／ Si空気／重高分子／ Si空気／重水空気／無反射水※

Si ／高分子／重水Si ／重高分子／重水

仕様

入射角 <��

バックグラウンド >��× ��（試料に依存）

試料寸法 <��（幅）×��（光軸方向）

��–��（� ��）��–��（��）波長

測定モード鏡面反射、非鏡面反射、及びバックグラウンドの同時測定高速分割測定（適切な条件下では数十秒間隔・測定後に任意の時間幅で切り出すことも可能）

連絡先

大観中性子小角・広角散乱装置

BL15

中性子小角・広角散乱装置（大観：TAIKAN）は、ポリマー、生体分子、金属、磁性体、超伝導体などの様々な物質のサブナノメートルからマイクロメートルにわたる階層構造を解析するための強力な装置である。大観は中性子の広い波長領域の中性子と小角、中角、高角、背面検出器を使うことにより、幅広い q 領域をカバーする。さらに偏極および集光デバイスと高分解機能検出器を利用して q 領域を qmin = 5×10-4 A-1 まで拡張できる。

広い q 領域の測定

波長λ 0.7 ‒ 7.8 Å （第 1 フレーム）

中性子偏極度 > 95%（λ > 3 Å）

試料寸法 10 mm × 10 mm（標準）

線源ー試料距離 14.35 m

q 領域 0.005 ‒ 17 Å-1（非偏極中性子）0.005 ‒ 2.5 Å-1（偏極中性子）

試料ー検出器距離 0.6 m（背面）－ 5.65 m（小角）

仕様

試料交換機（10 試料、 T = 2 ‒ 150 ℃）ボトムローディング冷凍機（T = 3.5 ‒ 300 K）レオメータ（剪断速度 = 5 × 10-6 ‒ 104 s-1）引張試験機（引張力＝ 100 N ‒ 1 kN、 T ＝室温 ‒ 300 ℃）0.2 T 空芯電磁石（水平磁場、室温）1 T 電磁石（鉛直 / 水平磁場、室温）4 T 超電導電磁石（水平磁場、 Tmin< 2 K）7 T 超電導電磁石（鉛直磁場、 Tmin< 2 K）10 T 超電導電磁石（鉛直磁場、室温）

試料環境

小角検出器バンク小角検出器バンク

1 CROSS2 JAEA J-PARCセンター

連絡先鈴木　淳市1

�_��@��大石　一城1

�_��@��高田　慎一2

��@��岩瀬　裕希1

�_��@��


SOFIAソフト界面解析装置


BL16

ソフト界面解析装置 SOFIA は、主にソフトマターによる界面を中心に様々な界面について深さ方向に対する構造を、ナノメートルからサブマイクロメートルスケールで観察することが可能である。特に中性子の特長を生かすことにより、重水素化物でラベルした部分のみを強調して観察したり、基板を通してビームを入射して固体と液体の界面を調べたりすることができる。また、J-PARCの大強度ビームを生かして数秒から数十分刻みでの時分割測定を行うことができ、特殊な装置を用いて温度ジャンプや液体接触を行った後の構造変化を広い qz領域で調べることができる。

山田　悟史��@��

瀬戸　秀紀��@��KEK J-PARCセンター

有機 EL 等の多層有機膜

リチウムイオン電池の電極等の固体／液体界面

石鹸水上の界面活性剤単分子膜等の液体の自由界面

応用分野

固体／液体界面における時分割測定を行うためのセル（測定の直前に液体を注入可能）

短時間での加熱が可能なレーザー加熱システム（室温から200 ℃まで10秒）Te

mpe

ratu

re[ °C]

Time[s]

50

100

150

200

0 10 15 205

Laser(100W,880nm)

sample(2inch wafer)

反射率プロファイルの時間依存性（同じデータを異なる時間間隔で分析した）

様々な状況下で全 qz 領域をカバーする典型的な最大 qzおよび測定時間（500kWのビームパワー）※無反射水…軽水：重水を約 9：1 の割合で混合した、空気と同じ屈折率を有する水

SOFIA 反射率計を下流から見た様子SOFIA 反射率計を下流から見た様子

測定対象最大 Qz��

��

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測定時間（試料寸法）1 時間（76 mmØ）30 分（76 mmØ）15 分（40 mmØ）3時間（40 mmØ）1時間（76 mmØ）

1時間（76 mmØ）

空気／高分子／ Si空気／重高分子／ Si空気／重水空気／無反射水※

Si ／高分子／重水Si ／重高分子／重水

仕様

入射角 <��

バックグラウンド >��× ��（試料に依存）

試料寸法 <��（幅）×��（光軸方向）

��–��（� ��）��–��（��）波長

測定モード鏡面反射、非鏡面反射、及びバックグラウンドの同時測定高速分割測定（適切な条件下では数十秒間隔・測定後に任意の時間幅で切り出すことも可能）

連絡先

大観中性子小角・広角散乱装置

BL15

中性子小角・広角散乱装置（大観：TAIKAN）は、ポリマー、生体分子、金属、磁性体、超伝導体などの様々な物質のサブナノメートルからマイクロメートルにわたる階層構造を解析するための強力な装置である。大観は中性子の広い波長領域の中性子と小角、中角、高角、背面検出器を使うことにより、幅広い q 領域をカバーする。さらに偏極および集光デバイスと高分解機能検出器を利用して q 領域を qmin = 5×10-4 A-1 まで拡張できる。

広い q 領域の測定

波長λ 0.7 ‒ 7.8 Å （第 1 フレーム）

中性子偏極度 > 95%（λ > 3 Å）

試料寸法 10 mm × 10 mm（標準）


q 領域 0.005 ‒ 17 Å-1（非偏極中性子）0.005 ‒ 2.5 Å-1（偏極中性子）

試料ー検出器距離 0.6 m（背面）－ 5.65 m（小角）

仕様

試料交換機（10 試料、 T = 2 ‒ 150 ℃）ボトムローディング冷凍機（T = 3.5 ‒ 300 K）レオメータ（剪断速度 = 5 × 10-6 ‒ 104 s-1）引張試験機（引張力＝ 100 N ‒ 1 kN、 T ＝室温 ‒ 300 ℃）0.2 T 空芯電磁石（水平磁場、室温）1 T 電磁石（鉛直 / 水平磁場、室温）4 T 超電導電磁石（水平磁場、 Tmin< 2 K）7 T 超電導電磁石（鉛直磁場、 Tmin< 2 K）10 T 超電導電磁石（鉛直磁場、室温）

試料環境

小角検出器バンク小角検出器バンク

1 CROSS2 JAEA J-PARCセンター

連絡先鈴木　淳市1

�_��@��大石　一城1

�_��@��高田　慎一2

��@��岩瀬　裕希1

�_��@��


BL18千手

特殊環境微小単結晶中性子構造解析装置


特殊環境微小単結晶中性子構造解析装置「千手」は、複合極限環境下（低温、高温、高磁場等）での結晶構造解析、磁気構造解析のために設計された TOF-Laue 型単結晶中性子回析計である。1.0ｍｍ³以下の微小単結晶試料を用いた回析測定が可能である。

利用研究分野軽元素を含む結晶の構造解析磁気構造解析極限環境下における構造と物性の相関

仕様

中性子強度 1.3 x 106 n/s/mm2 試料環境GM冷凍機：> 3.6 K磁　場：< 7 Tニオブ高温炉：< 1600

0.4 ~ 4.4 Å（1st frame）4.6 ~ 8.8 Å（2nd frame）9.0 ~ 13.2 Å（3rd frame）

入射中性子波長試料結晶のサイズ > 0.5 x 0.5 x 0.5 mm

検出器設置位置（2θ）

- 13 deg ~ - 167 deg+58 deg ~ +167 degモデレーター非結合ポイズン型

大原　高志1

[email protected]鬼柳　亮嗣1

[email protected]中尾　朗子2

[email protected] JAEA J-PARCセンター2 CROSS

連絡先

写楽偏極中性子反射率計


BL17

��

曽山　和彦1

[email protected]青木　裕之1

[email protected]宮田　登2


連絡先

試料垂直型偏極中性子反射率計「写楽」は幅広い波長域の中性子を用い、また測定器角度を変化させることで、広い q 領域において薄膜の構造解析を行うことが可能である。写楽では磁性薄膜、高分子薄膜、電池セル、電極、超伝導体等、様々な物質の界面構造の分析に応用されている。試料環境として 3Kクライオスタット、電磁石、液浸・調湿セルなどが利用可能であり、多彩な系に対応可能である。

qー領域 0.06 ～ 8.19 nm-1（偏極中性子）0.05 ～ 17.8 nm-1（非偏極中性子）

波長�λ 0.24 ～ 0.88 nm（偏極中性子）0.11 ～ 0.88 nm（非偏極中性子）

2.5 m試料ー検出器距離


反射角 0 ‒ 18°

ビームサイズ 0.03 ～ 5 mm（水平方向） 5 ～ 50 mm（垂直方向）

仕様試料環境

ボトムローディング冷凍機（T = 3 ‒ 300 K）

0.2 T 空芯電磁石（水平磁場、室温）

1 T 電磁石（鉛直磁場、室温）

4 T 超伝導電磁石（水平磁場、T = 1.6 K ～室温）

7 T 超電導電磁石（鉛直磁場、 Tmin < 2 K)

調湿セル（RH = 0 ‒ 90%, RT）

BL18千手

特殊環境微小単結晶中性子構造解析装置


特殊環境微小単結晶中性子構造解析装置「千手」は、複合極限環境下（低温、高温、高磁場等）での結晶構造解析、磁気構造解析のために設計された TOF-Laue 型単結晶中性子回析計である。1.0ｍｍ³以下の微小単結晶試料を用いた回析測定が可能である。

利用研究分野軽元素を含む結晶の構造解析磁気構造解析極限環境下における構造と物性の相関

仕様

中性子強度 1.3 x 106 n/s/mm2 試料環境GM冷凍機：> 3.6 K磁　場：< 7 Tニオブ高温炉：< 1600

0.4 ~ 4.4 Å（1st frame）4.6 ~ 8.8 Å（2nd frame）9.0 ~ 13.2 Å（3rd frame）

入射中性子波長試料結晶のサイズ > 0.5 x 0.5 x 0.5 mm

検出器設置位置（2θ）

- 13 deg ~ - 167 deg+58 deg ~ +167 degモデレーター非結合ポイズン型

大原　高志1

[email protected]鬼柳　亮嗣1

[email protected]中尾　朗子2


連絡先

写楽偏極中性子反射率計


BL17

��

曽山　和彦1

[email protected]青木　裕之1

[email protected]宮田　登2


連絡先

試料垂直型偏極中性子反射率計「写楽」は幅広い波長域の中性子を用い、また測定器角度を変化させることで、広い q 領域において薄膜の構造解析を行うことが可能である。写楽では磁性薄膜、高分子薄膜、電池セル、電極、超伝導体等、様々な物質の界面構造の分析に応用されている。試料環境として 3Kクライオスタット、電磁石、液浸・調湿セルなどが利用可能であり、多彩な系に対応可能である。

qー領域 0.06 ～ 8.19 nm-1（偏極中性子）0.05 ～ 17.8 nm-1（非偏極中性子）

波長�λ 0.24 ～ 0.88 nm（偏極中性子）0.11 ～ 0.88 nm（非偏極中性子）

2.5 m試料ー検出器距離


反射角 0 ‒ 18°

ビームサイズ 0.03 ～ 5 mm（水平方向） 5 ～ 50 mm（垂直方向）

仕様試料環境

ボトムローディング冷凍機（T = 3 ‒ 300 K）

0.2 T 空芯電磁石（水平磁場、室温）

1 T 電磁石（鉛直磁場、室温）

4 T 超伝導電磁石（水平磁場、T = 1.6 K ～室温）

7 T 超電導電磁石（鉛直磁場、 Tmin < 2 K)

調湿セル（RH = 0 ‒ 90%, RT）


BL20

茨城県材料構造解析装置

茨城県材料構造解析装置（iMATERIA）は、粉末試料を中心とした材料の結晶構造を広い d範囲（Q領域）で測定・解析できる高能率汎用中性子解析装置である。

茨城大学

連絡先石垣　徹��@��

星川　晃範��@��


入射中性子波長 ��～��Å

d 範囲��～� ��Å（��モード）、��Å（��モード）（背面検出器バンク）��～��Å（��モード）、 ��Å（��モード）（��度検出器バンク）� � � � �～ ��Å（��モード）、 ��Å（��モード）（低角検出器バンク � ～ �）� � � � �～��Å（��モード）、 ��Å（��モード）（小角検出器バンク）

分解能（Δd/d） ��%（@�背面検出器バンク）��%（@��度検出器バンク）

測定時間（@ 500 kW, 25 Hz 運転）

陽子加速器が 500kW、25Hz で運転される場合、標準円筒容器に充填した ��粉末の場合約 7分（SF モード）、14 分（DF モード）で、�� 粉末の場合約 9分（SF モード）、18 分（DF モード）で構造解析に十分な回析パターンが得られる

試料環境

試料交換機構（室温・常温・真空）真空高温炉（900 ℃）雰囲気制御高温炉（1000 ℃）冷凍機（～ 10 K - RT, RT - 400 ℃）3He 冷凍機小角用試料交換機

補助装置約 1.4 cc試料寸法

（直径 ��高さ ��のバナジウム製円筒容器に充填する。このうち、高さ約 ��の部分を測定する。試料が少ない場合、測定時間が長くなる。）小角散乱の場合、太鼓型ホルダを用いる。

iMATERIAMechanism of Deform./ Functions of Materials

工学材料回折装置「匠」は、材料工学や機械工学に関わる材料研究のための飛行時間型中性子回折装置である。中性子回折パターンに現れる Bragg 反射の位置・強度・プロファイル形状を詳細に解析することで、材料の内部応力・相比・転位・集合組織など、新材料の設計や構造物の信頼性評価に役立つ様々な情報を得ることができる。中性子回折法はこれらの情報の、ex-situ 及び in-situ 観察に適しており、工学材料研究のための強力な手段である。

��

��

試料環境��標準引張試験機（��）、高温引張試験用高温炉（��）、液体窒素低温引張試験システム（��～ ��）、極低温引張試験機（��、��～ ��）、疲労試験機（��<�� ）、�小型試料用高温引張試験機（��、��）、�熱膨張測定機（��）、�オイラークレイドル、ガンドルフィゴニオメーター

応用分野構造物の内部ひずみ分布測定構造材料や機能性材料の変形中や熱処理中における微小組織・構造変化の評価構造材料や機能性材料の製造プロセス（加工熱処理）における微小組織・構造変化の評価工学材料の集合組織の解析工学材料の微小領域を対象とした結晶学的研究

Residual Stress Mapping

49 mm

to -90 degdetector incident beam

to +90 degdetector

-90 deg scat.detector

+90 deg scat.detector

Rolled Copper

Texture Analysis

111

相澤　一也[email protected]

ハルヨ　ステファヌス[email protected]

川崎　卓郎[email protected] J-PARCセンター

連絡先

匠工学材料回折装置


BL19

仕様

検出器��度散乱検出器バンク　1対バンク 1個の角度範囲水平方向：±15°　垂直方向：～ 36°

S/N 比～��

��（シングルフレーム）��（ダブルフレーム）波長バンド幅

試料寸法負荷試験：�直径�≤��（丸棒）または��厚�×��幅（板材）残留応力測定：最大 250 × 250 × 2000 ㎜ ³ の構造物参照用粉末試料、他

ラジアルコリメーター ��、��、��（それぞれが一対）

I 装置モード（分解能とｄ領域の組み合わせ）

低分解能Δ �/��～ ��%��～ ��× ��

中分解能�Δ �/��～ ��%��

高分解能Δ �/��～ ��%��～ ��× ��

標準 d 領域Δ �～ ��

広 d 領域Δ �～ ��

データ集積系

イベントデータ記録方式（測定中または測定後に専用ソフトウエアで回折パターンへと変換。時分割範囲、TOF ビン幅、使用検出器範囲はデータ処理の段階で任意に設定可能）データモニタリング（数秒ごとに更新）荷重、ひずみ、温度などの条件に基づいたデータ分割処理技術を開発中

d 領域

標準モード（シングルフレーム）： Δ ��～��（��と��が可変）

広域モード（ダブルフレーム）： Δ ��～��（��はおおよそ��）


BL20

茨城県材料構造解析装置

茨城県材料構造解析装置（iMATERIA）は、粉末試料を中心とした材料の結晶構造を広い d範囲（Q領域）で測定・解析できる高能率汎用中性子解析装置である。

茨城大学

連絡先石垣　徹��@��

星川　晃範��@��


入射中性子波長 ��～��Å

d 範囲��～� ��Å（��モード）、��Å（��モード）（背面検出器バンク）��～��Å（��モード）、 ��Å（��モード）（��度検出器バンク）� � � � �～ ��Å（��モード）、 ��Å（��モード）（低角検出器バンク � ～ �）� � � � �～��Å（��モード）、 ��Å（��モード）（小角検出器バンク）

分解能（Δd/d） ��%（@�背面検出器バンク）��%（@��度検出器バンク）

測定時間（@ 500 kW, 25 Hz 運転）

陽子加速器が 500kW、25Hz で運転される場合、標準円筒容器に充填した ��粉末の場合約 7分（SF モード）、14 分（DF モード）で、�� 粉末の場合約 9分（SF モード）、18 分（DF モード）で構造解析に十分な回析パターンが得られる

試料環境

試料交換機構（室温・常温・真空）真空高温炉（900 ℃）雰囲気制御高温炉（1000 ℃）冷凍機（～ 10 K - RT, RT - 400 ℃）3He 冷凍機小角用試料交換機

補助装置約 1.4 cc試料寸法

（直径 ��高さ ��のバナジウム製円筒容器に充填する。このうち、高さ約 ��の部分を測定する。試料が少ない場合、測定時間が長くなる。）小角散乱の場合、太鼓型ホルダを用いる。

iMATERIAMechanism of Deform./ Functions of Materials

工学材料回折装置「匠」は、材料工学や機械工学に関わる材料研究のための飛行時間型中性子回折装置である。中性子回折パターンに現れる Bragg 反射の位置・強度・プロファイル形状を詳細に解析することで、材料の内部応力・相比・転位・集合組織など、新材料の設計や構造物の信頼性評価に役立つ様々な情報を得ることができる。中性子回折法はこれらの情報の、ex-situ 及び in-situ 観察に適しており、工学材料研究のための強力な手段である。

��

��

試料環境��標準引張試験機（��）、高温引張試験用高温炉（��）、液体窒素低温引張試験システム（��～ ��）、極低温引張試験機（��、��～ ��）、疲労試験機（��<�� ）、�小型試料用高温引張試験機（��、��）、�熱膨張測定機（��）、�オイラークレイドル、ガンドルフィゴニオメーター

応用分野構造物の内部ひずみ分布測定構造材料や機能性材料の変形中や熱処理中における微小組織・構造変化の評価構造材料や機能性材料の製造プロセス（加工熱処理）における微小組織・構造変化の評価工学材料の集合組織の解析工学材料の微小領域を対象とした結晶学的研究

Residual Stress Mapping

49 mm

to -90 degdetector incident beam

to +90 degdetector

-90 deg scat.detector

+90 deg scat.detector

Rolled Copper

Texture Analysis

111

相澤　一也[email protected]

ハルヨ　ステファヌス[email protected]

川崎　卓郎[email protected] J-PARCセンター

連絡先

匠工学材料回折装置


BL19

仕様

検出器��度散乱検出器バンク　1対バンク 1個の角度範囲水平方向：±15°　垂直方向：～ 36°

S/N 比～��

��（シングルフレーム）��（ダブルフレーム）波長バンド幅

試料寸法負荷試験：�直径�≤��（丸棒）または��厚�×��幅（板材）残留応力測定：最大 250 × 250 × 2000 ㎜ ³ の構造物参照用粉末試料、他

ラジアルコリメーター ��、��、��（それぞれが一対）

I 装置モード（分解能とｄ領域の組み合わせ）

低分解能Δ �/��～ ��%��～ ��× ��

中分解能�Δ �/��～ ��%��

高分解能Δ �/��～ ��%��～ ��× ��

標準 d 領域Δ �～ ��

広 d 領域Δ �～ ��

データ集積系

イベントデータ記録方式（測定中または測定後に専用ソフトウエアで回折パターンへと変換。時分割範囲、TOF ビン幅、使用検出器範囲はデータ処理の段階で任意に設定可能）データモニタリング（数秒ごとに更新）荷重、ひずみ、温度などの条件に基づいたデータ分割処理技術を開発中

d 領域

標準モード（シングルフレーム）：Δ ��～��（��と��が可変）

広域モード（ダブルフレーム）：Δ ��～��（��はおおよそ��）

BL22


篠原　武尚[email protected]

甲斐　哲也[email protected] J-PARCセンター

連絡先

RADEN は世界初のパルス中性子によるエネルギー分析型中性子イメージング装置である。中性子ラジオグラフィ／トモグラフィ、結晶構造、元素濃度、温度、磁場などに関するさまざまな量の空間分布の可視化が可能である。

利用可能機器

光学系偏極解析装置ガンマ線検出器中性子回析用検出器

二次元検出器シンチレーター＋ CCD カメラ

（Δ�>��µ��<��）中性子イメージインテンシファイア＋ CMOS カメラ高速カメラ（Δ >��µ��<��φ）

画像型

計数型µ�� （Δ = ��= ��Δ �>��）��（Δ = ��= ��Δ �>��）ピクセル検出器（Δ = ��= ��Δ �>��）�

フィルター ��アクリル樹脂

コリメーター �/ �= ��~��

試料ステージ

大型（��= ��最大荷重�� ）中型（��= ��最大荷重��）小型（大型／中型ステージに搭載、�最大荷重 ��）

試料チェンバー

��~��º��~��% ��回転ステージ

応用分野中性子ラジオグラフィおよび断層撮影

エネルギー分析型中性子イメージングブラッグエッジイメージング共鳴吸収イメージング偏極中性子イメージング

仕様

試料位置 18 m および 23 m

波長範囲 < 6.8 Å（L = 23 m）< 8.8 Å（L = 18 m）

分解能（Δλ/λ） > 0.20%（L = 23 m）> 0.26%（L = 18 m）


中性子強度�（@��） 2.6 x 107 n/sec/cm²（< 0.5 eV）

最大 300 mm x 300 mmビームサイズ

空間分解能 > 100 µm

エネルギー分析型中性子イメージング装置

螺鈿


BL21

仕様波長 ��–��Å

Q 分解能 ΔQ/Q�>��%

Q 範囲 ��≦�Q�≦��Å��

試料位置でのビームサイズ

��： ��：��

試料セル �� φ ��（�� ）

1 KEK J-PARCセンター2 JAEA J-PARCセンター

連絡先

鈴谷　賢太郎2��@��

大友　季哉1��@� ��

池田　一貴1��@��

本田　孝志1��@��

大下　英敏1��@��

金子　直勝1��@��

高強度全散乱装置 NOVA は、広い Q 領域（0.03 Å-1 ≦ Q ≦ 100 Å-1 ）にわたる S（Q）が取得可能で、かつ最高分解能は約 0.35% であるので、結晶、ガラス、液体等の様々な物質の構造解析が可能である。水素誘起物性に対する原子位置・磁気構造の解析、水素との相関の導出による起源解明、不規則系における二体相関のアプローチ研究を行う。

応用分野H₂/D₂ ガス雰囲気下での水素吸蔵・脱離過程における材料構造解析

同位体置換ガラスおよび液体の構造解析

散漫散乱成分を含む結晶・磁気構造解析

試料環境試料交換機（室温、10 試料または 40 試料）

温度調整付実験装置低温用試料スティック：5～ 300 K 高温用試料スティック：5～ 700 K 水素ガス雰囲気下試料スティック：50 ～ 473 K, ～ 10 MPa H2/D2

温度調節付試料交換機（20 ～ 750 K, 18 試料）

バナジウム高温炉（300 ～ 1273 K）

パリ・エジンバラプレス VX4（20 GPa, 室温 [Machida G]）

非弾性散乱測定用フェルミチョッパ（分解能：5～ 20％）

NOVA高強度全散乱装置

ミュオン物質生命科学実験装置MuonD1

��[email protected] J-PARCセンター

連絡先

ミニクライオスタット用の真空チャンバーを備えた汎用分光器の検出器。

ユーザーがミニクライオスタットを所定位置に取り付けている様子。

ミュオン物質生命科学実験装置 D1 は、運動量可変パルス正ミュオン利用のμSR 実験装置である。圧力・極低温など様々な複合環境下での測定により多種多様な現象に対応する。スピン回転・緩和による対象物質の電子状態の観測、あるいは対象物質中に導入した水素の電子状態シミュレーションなどの研究を行う。

仕様

��/��までのダブルパルス、��の幅を有するシングルパルス表面ミュオンまたは正／負ミュオンビーム

ビーム特性

��パルス同期フラッシュ光源

��希釈冷凍機（トップローディング）��縦磁場

ミニクライオ（熱伝導型） �� 位置検出器

��赤外線炉��横磁場

��縦型クライオスタット（熱交換型）ゼロ磁場 <��μT

検出器および試料環境

��×��μ+�/��×��の試料に対し，��/ �� （ダブルパルス）��×��の試料では，レートを落としバックグラウンドなしで測定可

ビーム強度（@ �� ）

BL23


横尾　哲也[email protected]

伊藤　晋一[email protected] J-PARCセンター

連絡先

仕様

エネルギー分解能Δ E/Ei

�～ �%��弾性散乱位置

モデレーター非結合型水素モデレーター試料寸法 ��×��

運動量分解能Δ Q/ki

�～ �%

L1, L2, L3 ��検出領域（水平方向） ��˚～ ��˚

最大入射エネルギーEi

非偏極： ��偏　極：��

検出領域（垂直方向） ��˚～ �˚

応用分野スピン・格子・軌道のダイナミクス

磁気構造

偏極中性子技術は長年にわたり開発・利用されてきたが、パルス中性子を用いた飛行時間法における偏極技術は大強度パルス中性子時代の到来により、近年急速に開発が進められている新しい技術である。最近の物質科学における複雑な物理現象は、スピン、軌道、電荷、さらには格子振動といった物理自由度が複雑に「絡み合った」量子状態をつくりだすことに由来する。これら物理自由度を独立に観察するユニークで効果的な手法が偏極中性子非弾性散乱である。偏極中性子散乱装置 POLANO は多自由度の動力学的性質を調べるため、偏極中性子非弾性散乱実験に特化した偏極度解析装置である。

偏極中性子散乱装置

POLANO

ミュオン物質生命科学実験装置MuonD1


連絡先

ミニクライオスタット用の真空チャンバーを備えた汎用分光器の検出器。

ユーザーがミニクライオスタットを所定位置に取り付けている様子。

ミュオン物質生命科学実験装置 D1 は、運動量可変パルス正ミュオン利用のμSR 実験装置である。圧力・極低温など様々な複合環境下での測定により多種多様な現象に対応する。スピン回転・緩和による対象物質の電子状態の観測、あるいは対象物質中に導入した水素の電子状態シミュレーションなどの研究を行う。

仕様

��/��までのダブルパルス、�� の幅を有するシングルパルス表面ミュオンまたは正／負ミュオンビーム

ビーム特性

��パルス同期フラッシュ光源

��希釈冷凍機（トップローディング）��縦磁場

ミニクライオ（熱伝導型） �� 位置検出器

��赤外線炉��横磁場

��縦型クライオスタット（熱交換型）ゼロ磁場 <��μT


��×��μ+�/��×�� の試料に対し，��/ �� （ダブルパルス）��×��の試料では，レートを落としバックグラウンドなしで測定可

ビーム強度（@ �� ）

BL23


横尾　哲也[email protected]

伊藤　晋一[email protected] J-PARCセンター

連絡先

仕様

エネルギー分解能Δ E/Ei

�～ �%��弾性散乱位置

モデレーター非結合型水素モデレーター試料寸法 ��×��

運動量分解能Δ Q/ki

�～ �%

L1, L2, L3 ��検出領域（水平方向） ��˚～ ��˚

最大入射エネルギーEi

非偏極： ��偏　極：��

検出領域（垂直方向） ��˚～ �˚

応用分野スピン・格子・軌道のダイナミクス

磁気構造

偏極中性子技術は長年にわたり開発・利用されてきたが、パルス中性子を用いた飛行時間法における偏極技術は大強度パルス中性子時代の到来により、近年急速に開発が進められている新しい技術である。最近の物質科学における複雑な物理現象は、スピン、軌道、電荷、さらには格子振動といった物理自由度が複雑に「絡み合った」量子状態をつくりだすことに由来する。これら物理自由度を独立に観察するユニークで効果的な手法が偏極中性子非弾性散乱である。偏極中性子散乱装置 POLANO は多自由度の動力学的性質を調べるため、偏極中性子非弾性散乱実験に特化した偏極度解析装置である。

偏極中性子散乱装置

POLANO

ミュオン基礎科学実験装置MuonD2


連絡先

仕様

最大 120 MeV ／ c ダブルパルス、80 ns 幅のシングルパルスの表面ミュオンまたは正／負ミュオンビーム

ビーム特性

元素分析用高純度（>��%）　アルミニウムチェンバー（直径 ��，�高さ ��）

��~ ��，分解能� ��@��高エネルギー領域用Ge検出器 3台：

� ��~��，分解能��@� ��中エネルギー領域用Ge検出器 3 台：

�� ~ ��，分解能� ��@�� 低エネルギー領域用Ge検出器 2台：


��×��μ+�/ ��/�� （��）�試料寸法��×��に対して

表面ミュオン：�×��μ±/��@��/��×��μ±/��@��/��

崩壊ミュオン：ビーム強度（@陽子ビーム �� ）

ミュオン基礎科学実験装置 D2 では、ミュオン原子の構造や核反応、素粒子としてのミュオンの性質、考古学資料の非破壊元素分析を行う。正負の大強度高速ミュオン利用により、負ミュオン捕獲特性X線測定、ミュオンラジオグラフィーなど多彩な実験を実現する。利用者による移動可能な実験装置の持ち込みが可能である。

基礎科学から正負ミュオンを用いたミュオン触媒核融合まで基礎科学から正負ミュオンを用いたミュオン触媒核融合まで

J-PARC ----------- https://j-parc.jp/c/index.html

MLF -------------- https://mlfinfo.jp

User’s Office --- http://j-parc.jp/uo/index.html

J-PARC MLFおよび中性子・ミュオンビームラインユーザープログラムについてはMLFウェブサイトをご覧ください。

CROSS------------- https://neutron.cross.or.jp/ja/

j-parc mlfの実験装置 › _src › resource › pepngy9xwf › mlf_spec...iuuqt nmgjogp kq kb...

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