[論文レビュー] Neutron Scattering Instrumentation at Compact Neutron Sources

Sarah Böhm, Tobias Cronert+11 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2018

Nuclear Physics and Applications被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、コンパクトな加速器を用いた中性子源（CANS）における中性子散乱装置のフレームワークを提案し、低コストで柔軟かつアクセス可能な中性子散乱能力を提供する可能性に焦点を当てている。既存の大規模施設に代わる持続可能な代替手段として、CANSのスケーラブルな解決策としての可能性を強調する。

ABSTRACT

There is currently a strong interest in Compact Accelerator-based Neutron Source (CANS) as a possible new type of source for neutron scattering experiments. A workshop around the "Neutron scattering instrumentation around CANS" was organized in July 2017 between several European institutes. This report summarizes the main outcome of the discussions. The document is aiming at providing general guidelines for the instrumentation around CANS. Detailed technical discussions are or will be provided in specific publications.

研究の動機と目的

• 欧州における大型中性子散乱施設の減少（老朽化した原子炉や新規スパラレーション源の高コスト）に対処するため。
• 原子炉およびスパラレーション源の代替手段として、コンパクトな加速器を用いた中性子源（CANS）の費用対効果の高さを検討するため。
• CANSに特化した中性子散乱装置の技術的ガイドラインおよび性能ベンチマークを確立するため。
• スケーラブルで低コストな施設を活用することで、中性子散乱研究の長期的持続可能性を支援するため。
• 学術機関および産業界の両方のユーザーにとって、CANSを実用的かつ効果的なプラットフォームとして促進するため。

提案手法

• LENS（米国）、RANS（日本）、およびパウル・シュレーディンガー研究所（スイス）のCANS施設を含む、最新のCANS施設の収集と性能・装置能力の評価。
• ISIS、ILL、ESSなどの既存施設と比較するため、基準装置および性能指標を用いたベンチマーク評価。
• モンテカルロシミュレーションの比較可能性を確保するため、標準化されたエネルギー分割（例：高速＞10 keV、熱的10–500 meV、冷たい1–10 meV）の定義。
• ビームのサイズ、発散角、帯域幅に基づく装置分類を行い、CANSにおける設計および性能期待値をガイドする。
• LENSでのSANS測定（0.1 cm⁻¹分解能）などの既存実験データを用い、CANS上での装置性能の妥当性を検証。
• ライセンス要件の低さ、運用コストの削減、ユーザーへのアクセスおよび長期プログラムの柔軟性といった運用上の利点の分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コンパクトな加速器を用いた中性子源（CANS）は、幅広い中性子散乱技術を支えるのに十分な中性子フラックスと性能を提供できるか？
• RQ2 CANS上で効果的に機能するための中性子散乱装置に必要な主な設計および性能パrameterは何か？
• RQ3 ISIS、ILL、ESSなどの主要国際施設と比較して、CANSを基盤とする装置の性能特性はどのように異なるか？
• RQ4 従来の原子炉およびスパラレーション源と比較して、CANSはどのような運用および管理上の利点を提供するか？
• RQ5 CANSは、特に産業界および大学関係者にとって、中性子散乱へのアクセスをどれほど民主化できるか？

主な発見

• CANSはSANS分解能0.1 cm⁻¹まで達成可能であり、既存のユーザー施設における大規模SANS装置と同等の性能を示す。
• インディアナ大学に所在するLENS施設は、CANSがSANS、スピンエコー、レントゲン撮影など高性能装置をサポートできることを示しており、高度な散乱実験に適したビームパラメータを有する。
• 異なるCANS設計間でのモンテカルロシミュレーションの一貫性を確保するため、標準化されたエネルギー分割（例：熱的：10–500 meV、冷たい：1–10 meV）の提案がなされた。
• CANSは、コスト低減、規制負担の軽減、および迅速アクセスおよび長期プログラムへの柔軟性といった顕著な運用上の利点を有する。
• CANSのネットワークは、スケーラブルで分散型の中性子散乱インfraを提供可能であり、ESSのような大規模施設がカバーできる範囲を超えて、ユーザー基盤の維持または拡大が可能となる可能性を有する。
• SANS1@MLZ、EROS@LLB、IN5@ILLなどの装置のベンチマークは、CANS上での装置設計に向けた性能基準を提供する。