Development and demonstration of a multi-objective optimization tool for high-current electron beam generation

• Project/Area Number: 15K04740
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Quantum beam science
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology (2016-2018); Japan Atomic Energy Agency (2015)
• Principal Investigator: NAGAI Ryoji 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 東海量子ビーム応用研究センター, 上席研究員(定常) (40354906)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮島 司 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 准教授 (50391769)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2017: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2016: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: ビーム輸送条件最適化 / 加速器要素技術開発

Outline of Final Research Achievements

Understanding of the behavior of an electron beam in an injector section is indispensable to achieve high-brightness electron beam acceleration. A lot of electron accelerator element parameter contributes to the injector section, and the understanding of behavior of an electron beam is difficult without optimizing all parameters of the injector section. So multi-objective optimization of the electron accelerator parameters was studied in this program.
As a result, the GUI tool which is a basic tool of electron accelerator parameter multi-objective optimization study was developed also showed that a three-dimensional model of acceleration cavity is useful in the injector section.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本課題で開発を進める最適化ツールは、加速器の研究開発、ビームダイナミクス研究において必要不可欠な数値計算ツールであり、新型の加速器開発、複雑な挙動を示す電子ビーム挙動の解明へ貢献できる。また、既存の加速器であってもバンチ電荷を大きく増加するなどの電子ビーム性能の向上を図る場合には、各加速器要素パラメータの最適化が必須であり、そのうえで、各加速器要素の必要な性能などを決定できる。
さらに、最適化ツールの実際の加速器への適用を計画しており、これが加速器開発初期段階から適用可能になれば、加速器の自動運転を可能する等、加速器の普及へ向けた大きなブレークスルーが期待できる。

Research Products

• [Presentation] cERLにおける空間電荷効果が支配的な電子ビームの光学関数とエミッタンス補償条件の改善 (2018)
  • Author(s): 宮島 司（高エ研），布袋 貴大（総研大），本田 洋介（高エ研），島田 美帆（高エ研），高井 良太（高エ研），帯名 崇（高エ研），加藤 龍好（高エ研），永井 良治（量研）
  • Organizer: 第15回加速器学会年会
• [Presentation] Optimization of Beam Transportation in Commissioning of the Compact ERL Injector at KEK (2016)
  • Author(s): Tsukasa Miyajima, Ryoji Nagai
  • Organizer: The 28th Linear Accelerator Conference
  • Place of Presentation: Conference Center in East Lansing (East Lansing, Michigan, USA)
  • Year and Date: 2016-09-26
• [Presentation] 加速器パラメータ最適化のためのGUIツール開発 (2016)
  • Author(s): 永井良治、宮島司
  • Organizer: 第13回日本加速器学会年会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場2階（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2016-08-08
• [Presentation] cERLコミッショニング運転における軌道調整とビーム光学 関数調整 (2016)
  • Author(s): 宮島司、島田美帆、本田洋介、高井良太、帯名崇、永井良治、路川徹也
  • Organizer: 第13回日本加速器学会年会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場2階（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2016-08-08
• [Presentation] 電子線形加速器における低エミッタンスビーム輸送路光学系の最適化試験 (2015)
  • Author(s): 宮島司、永井良治、本田洋介、島田美帆、高井良太、帯名崇
  • Organizer: 日本加速器学会 第12回年会
  • Place of Presentation: プラザ萬象 (福井県敦賀市)
  • Year and Date: 2015-08-05
• [Presentation] STATUS OF HIGHER BUNCH CHARGE OPERATION IN COMPACT ERL (2015)
  • Author(s): T. Miyajima, Y. Honda, R. Takai, T. Obina, M. Shimada, K. Harada, M. Yamamoto, K. Umemori, H. Sakai, T. Miura, F. Qiu, N. Nakamura, S. Sakanaka,N. Nishimori, R. Nagai, R. Hajima, D. Lee
  • Organizer: 6th International Particle Accelerator Conference (IPAC15)
  • Place of Presentation: Richmond (USA)
  • Year and Date: 2015-05-03
  • Int'l Joint Research