The Japanese space gravitational wave antenna; DECIGO

DECi-hertz Interferometer Gravitational wave Observatory (DECIGO) is the future Japanese space gravitational wave antenna. DECIGO is expected to open a new window of observation for gravitational wave astronomy especially between 0.1 Hz and 10 Hz, revealing various mysteries of the universe such as dark energy, formation mechanism of supermassive black holes, and inflation of the universe. The pre-conceptual design of DECIGO consists of three drag-free spacecraft, whose relative displacements are measured by a differential Fabry– Perot Michelson interferometer. We plan to launch two missions, DECIGO pathfinder and pre- DECIGO first and finally DECIGO in 2024

電子・光子輸送計算コードEGS5の高エネルギーと低エネルギーへの拡張に関する研究

　放射線の物質内の輸送過程を理解することは、放射線の利用や防護において重要である。この輸送過程を理解する有効な手段の一つは、輸送計算コードによる計算と実験による測定値を比較することである。EGS5(Electron Gamma Shower version 5)コードは、数keVから数TeVのエネルギー領域において計算可能な電子・光子輸送計算モンテカルロコードである。EGS5コードは数keVから数MeVのエネルギー領域の医学物理分野で多く利用されている。放射線治療分野の発展にともない、EGS5コードの系統的な精度評価が必要である。一方で、EGS5コードは加速器における検出器の開発や遮蔽計算にも利用されている。加速器の高エネルギー化により、高エネルギー領域(数GeV以上)の放射線輸送の精度ある計算が必要である。本研究では、EGS5コードの高エネルギーおよび低エネルギー領域への拡張とその検証のために、以下に述べる三つのテーマの研究を行った。　一つ目は、高エネルギー領域への拡張のため、EGS5コードヘのLPM効果と誘電による抑制効果の組み込みである。高エネルギー領域において重要な物理過程である制動放射と電子・陽電子対生成は、Bethe-Heitler(BH)断面積で記述できることが知られている。Landau、Pomeranchukは、BH断面積が超相対論的エネルギーにおいて抑制されることを指摘し、Migdalによってこの抑制は定式化された(LPM効果)。また、Ter-Mikaelianは、高エネルギー光子の相互作用は抑制されることを指摘し、Migdalによって抑制を含めた断面積が示された(誘電による抑制効果)。この二つの抑制の効果を再現するために、これらの抑制効果を含んだ断面積を、棄却法を用いてEGS5コードに組み込んだ。この断面積の組み込みによって得られた制動放射による光子のエネルギースペクトルは、LPM効果と誘電による抑制効果における測定値を良く再現した。　二つ目は、低エネルギー拡張のための放射光施設における低エネルギー散乱X線の測定である。8、20 keVに単色化された放射光をターゲットに照射し、ターゲットから散乱されたX線のエネルギースペクトルをSi検出器を用いて測定した。これにより、これまでEGS5コードの検証ができていなかった5 keVから1.5 keVの測定値を得ることができた。Al、Si、Ti、Fe、C、Cu、Agターゲツトからのエネルギースペクトルの実験値と計算値を比較したところ、特性X線において11%以内で一致することを確認できた。　三つ目は、電子後方散乱における検証と改良である。電子後方散乱係数(入射電子数に対してターゲットからの後方散乱電子の数の比率)をEGS5コードを含めた四つの汎用電子・光子輸送計算コード(EGS5、EGSnrc、ITS 3.0、PENELOPE)を用いて計算し、実験値と比較した。3 keVから20 MeVの入射電子エネルギー、4Z92のターゲットで比較したところ、EGS5、EGSnrc、PENELOPEコードは、20%以内で一致した。計算値を実験値と比較した結果、入射電子のエネルギーが数Mevであるときの原子番号の低いターゲットにおいて、計算値と実験値の差が最も大きいことがわかった。この領域を合み系統的に電子後方散乱係数を測定している多幡の実験値に注目し、多幡が後方散乱電子の測定に用いた電離箱の感度の再評価を行った。これにより、多幡の実験値とEGS5コードによる計算値の差は、再評価前で最大2.4倍だったものが再評価後には1.5倍以内で一致することを確認できた。　本研究によって、EGS5コードの既存の電子輸送の精度検証を行い、またより広範囲のエネルギー領域に適用が可能となったことから、EGS5コードの汎用性を向上させた

Measurement of neutron energy spectra for E

Photo-neutron energy spectra for Eg=23.1 and 26.6 MeV mono-energetic photons on natC were measured using laser Compton scattering facility at NewSUBARU BL01. The photon energy spectra were evaluated through measurements and simulations with collimator sizes and arrangements for the laser electron photon. The neutron energy spectra for the natC(g,xn) reaction were measured at 60 degrees in horizontal and 90 degrees in horizontal and vertical with respect to incident photon. The spectra show almost isotropic angular distribution and flat energy distribution from detection threshold to upper limit defined by reaction Q-value

Measurement of neutron energy spectra for Eg=23.1 and 26.6 MeV mono-energetic photon induced reaction on natC using laser electron photon beam at NewSUBARU

Photo-neutron energy spectra for Eg=23.1 and 26.6 MeV mono-energetic photons on natC were measured using laser Compton scattering facility at NewSUBARU BL01. The photon energy spectra were evaluated through measurements and simulations with collimator sizes and arrangements for the laser electron photon. The neutron energy spectra for the natC(g,xn) reaction were measured at 60 degrees in horizontal and 90 degrees in horizontal and vertical with respect to incident photon. The spectra show almost isotropic angular distribution and flat energy distribution from detection threshold to upper limit defined by reaction Q-value

Measurement of neutron spectra for photonuclear reaction with linearly polarized photons

Spectra of neutrons produced by a photonuclear reaction from a 197Au target were measured using 16.95 MeV linearly and circularly polarized photon beams at NewSUBARU-BL01 using a time-of-flight method. The difference in the neutron spectra between the cases of a linearly and circularly polarized photon was measured. The difference in the neutron yield increased with the neutron energy and was approximately threefold at the maximum neutron energy. In a direction perpendicular to that of the linear polarization, the neutron yields decreased as the neutron energy increased

Measurement of neutron spectra for photonuclear reaction with linearly polarized photons

Spectra of neutrons produced by a photonuclear reaction from a 197Au target were measured using 16.95 MeV linearly and circularly polarized photon beams at NewSUBARU-BL01 using a time-of-flight method. The difference in the neutron spectra between the cases of a linearly and circularly polarized photon was measured. The difference in the neutron yield increased with the neutron energy and was approximately threefold at the maximum neutron energy. In a direction perpendicular to that of the linear polarization, the neutron yields decreased as the neutron energy increased

Comparison of double-differential cross-section between nuclear data library and experimental data for photoneutron production

In this study, we compared double differential cross-sections (DDXs) between the experimental data obtained by 16.6 MeV of polarized photons and the DDXs from JENDL2004 and JENDL/PD-2016.1 for 197Au, natPb, natCu, and natTi targets. Using Python-based software, we extracted the DDXs from the nuclear data libraries (NDLs), which were subsequently deduced considering the abundances of each target’s isotopes, the width of the photon beam, and the energy resolution of the neutron detectors. For the Ti target, the experimental DDX data were consistent with that of the NDLs. For Pb, Au, and Cu targets, the experimental DDX data at neutron energies higher than 4 MeV were larger than the DDX values obtained from the NDLs. The inconsistency between the DDXs of the experimental data and those of the NDLs indicates the need to improve the physical models to generate the spectrum of photoneutrons

Target mass dependence of photoneutron spectrum for 16.6 MeV photons on medium-heavy mass targets

We measured neutron energy spectra for the photonuclear reactions of 16.6 MeV linearly polarized photons on Pb, Au, Sn, Cu, Fe and Ti. The spectra for each target show dependence on the target mass, as well as on the angle between the directions of neutron emission and polarization. The components show angular dependence were extracted from the spectra for each target and compare with the excited levels of residual nuclei. Based on the data, we discuss a plan for further experiments to clearly observe the features of the spectra