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超低エミッタンスビーム源の基礎開発

研究課題

研究課題/領域番号 21654056
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分補助金
研究分野 原子・分子・量子エレクトロニクス
研究機関広島大学

研究代表者

岡本 宏己  広島大学, 大学院・先端物質科学研究科, 教授 (40211809)

研究分担者 伊藤 清一  広島大学, 大学院・先端物質科学研究科, 助教 (70335719)
研究期間 (年度) 2009 – 2010
研究課題ステータス 完了 (2010年度)
配分額 *注記
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2010年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
2009年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
キーワードナノビーム / エミッタンス / クーロン結晶 / レーザー冷却 / 低線量放射線 / 加速器
研究概要

昨年度に引き続き、ドップラーレーザー冷却法によるクーロン結晶の生成および1次元紐状結晶(イオントラップの軸上に少数個のイオンが等間隔で整列した状態)の射出実験を実施した。結晶構造を維持したままイオンを引き出すことができれば、従来のマイクロビームを凌駕する、超高品質の"ナノビーム"生成が可能になる。単一イオンのピンポイント照射が実現できるため、放射線影響学上の基礎研究(たとえば、バイスタンダー効果や半導体デバイスに対するシングルイベント効果など)に格段の進歩をもたらすと期待される。
使用したイオン種はこれまで通り一価のカルシウム(^<40>Ca^+)で、現有の線形ポールトラップ中で極低温まで冷却後、端板電極に印加した電圧を高速でスイッチすることによりMCP検出器に向けて射出する。ロッド電極に与える高周波電圧の振幅は30V前後とし、周波数は2MHzに固定した。まず、MCP側の直流端板電圧を0.55nsecで0V(イオン閉じ込め時は0.5Vに設定)に落とす一方、逆側の端板電圧は20Vまで上げて1~4個程度のイオンで構成される1次元クーロン結晶の射出を試み、個々のイオンが等間隔でMCPに到達することを確認した。これは結晶の非破壊射出に成功したことを意味する。次に、逆側端板電圧の終値を数Vから120Vの範囲で振って同様の射出実験を行い、MCPまでの到達時間および隣接イオン時間間隔の変化を計測した。その結果、いずれのパラメータもスイッチ後の端板電圧を調整することにより制御できることがわかった。これらの実験データは分子動力学シミュレーションの結果とよく一致する。MCP到達時のイオン群の平均規格化エミッタンスを3次元シミュレーションにより評価したところ、10^<-13>~10<-12>mという値を得た。これは一般的なイオン源が生成する重粒子線のエミッタンスよりも6桁程度小さい値である。

報告書

(2件)
  • 2010 実績報告書
  • 2009 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2010 2009

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Controlled extraction of ultracold ions from a linear Paul trap for nano-beam production2010

    • 著者名/発表者名
      K.Izawa
    • 雑誌名

      J.Phys.Soc.Jpn.

      巻: 79

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Indirect transverse laser cooling of ions in a linear Paul trap2010

    • 著者名/発表者名
      H.Sugimoto
    • 雑誌名

      J.Phys.Soc.Jpn.

      巻: 79

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A tandem linear Paul trap as an ion source2009

    • 著者名/発表者名
      K.Izawa
    • 雑誌名

      Jour.Phys. 163

      ページ: 12102-12102

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] クーロン結晶を用いたナノイオンビーム生成に関する基礎研究2010

    • 著者名/発表者名
      竹内洋樹
    • 学会等名
      プラズマ科学のフロンティア2010
    • 発表場所
      核融合科学研究所
    • 年月日
      2010-09-02
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Coulomb crystal extraction from an ion trap for application to nano-beam source2010

    • 著者名/発表者名
      K.Ito
    • 学会等名
      1st International Particle Accelerator Conference(IPAC2010)
    • 発表場所
      Kyoto, Japan(招待講演)
    • 年月日
      2010-05-27
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] クーロン結晶化したイオン鎖の射出間隔制御実験2010

    • 著者名/発表者名
      猪澤健二
    • 学会等名
      日本物理学会 第65回年次大会
    • 発表場所
      岡山大学
    • 年月日
      2010-03-20
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Modeling of ultra-cold and crystalline ion beams2009

    • 著者名/発表者名
      H.Okamoto
    • 学会等名
      10th International Computational. Accelerator Physics Conference (ICAP2009)
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2009-09-03
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Extraction of Coulomb crytals from a Paul-trap ion source for nano-beam generation2009

    • 著者名/発表者名
      猪澤健二
    • 学会等名
      第6回日本加速器学会
    • 発表場所
      日本原子力研究開発機構
    • 年月日
      2009-08-07
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書

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公開日: 2009-04-01   更新日: 2016-04-21  

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