蓄積リングにおけるイオントラップ現象の3次元可視化シミュレーション研究

• Project/Area Number: 18740156
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: University of Hyogo
• Principal Investigator: 橋本 智 University of Hyogo, 高度産業科学技術研究所, 助教 (80285337)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000); Fiscal Year 2007: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2006: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 蓄積リング / 加速器 / イオントラップ / シミュレーション / 可視化 / 計算物理 / シミュレーション工学

Research Abstract

電子蓄積リングの真空中に僅かに残留するガス分子は蓄積された電子ビームとの衝突によりイオン化され,ビームの作るポテンシャルに捕獲される(イオントラップ)。捕獲されたイオンは蓄積電子ビームの安定性や高品質な放射光の発生に影響を与えるため,蓄積リング内の複雑な場におけるイオンの挙動を明らかにすることは重要である。
本研究では蓄積リング内の複雑な場(エッジ部を含む偏向電磁石や四極電磁石あるいはアンジュレーター)の3次元磁場分布の数値計算を行い,これらの複雑な磁場中におけるイオンの軌道を計算し可視化を行った。PICシミュレーションコードはquadcoreのMacintosh上でIntel Fortranにより開発し,計算データの解析および可視化にはTecplotおよびpgplotを使用した。本研究では,(1)電子ビームの進行方向に垂直な断面内でのイオンの空間分布,(2)ドリフトスペースで発生しビーム方向に進行するイオンが偏向電磁石の磁気バリアで反射される様子,(3)四極電磁石やアンジュレーダー磁場内で発生したイオンが複雑な磁場内で捕獲される様子等を可視的に明らかにし,(4)イオン挙動が発生箇所や初期条件に強く依存する事を明らかにした。
蓄積リング内のイオンの運動は非常に複雑で,単純なモデルに基づく解析では実際の現象がビームに与える影響を定量的に評価するのは困難であり,数値シミュレーションに基づく研究が不可欠であると考えられる。