チェレンコフ回折放射を用いた超高速ビーム位置モニターの研究開発

• Project/Area Number: 20K12486
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 80040:Quantum beam science-related
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 宮原 房史 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, 研究機関講師 (20532691)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 周 翔宇 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, 研究機関講師 (30462865)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000); Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: チェレンコフ回折放射 / ビーム非破壊モニター / ビーム位置モニター / ビームの時間構造測定 / ビーム診断 / 加速器 / チェレンコフ放射 / 電子ビーム / 非線形光学

Outline of Research at the Start

本研究の目的は屈折率をもつ媒質近傍を荷電粒子ビームが通過した際に放出されるチェレンコフ放を用いた非破壊（ビームが物質を通過しない）で高速なビーム位置モニターの研究・開発である。ここで言う「高速」はビームの時間方向の分布に関して百ピコ秒以下の非常に短い区間の測定をさす。この様な測定は従来の電極に誘起される電流を読み出すタイプの位置モニターでは周波数の高い信号成分の減衰で信号が時間的に広がるなどの理由で非常に困難であるが、チェレンコフ放射とレーザー分野で開発された高速の光パルス切り出しの手法を用いれば可能となる。本研究ではチェレンコフ放射型ビーム位置モニターの開発と実証実験を行う。

Outline of Annual Research Achievements

本研究で使用するテェレンコフ回折放射を増幅するレーザー光学系の設計が終了した。
光学系は光をファイバーに集光する部分と増幅システム、両者の間を結ぶ光ファイバー伝送部分で構成され、いずれの設計も終了した。
チェレンコフ回折放射のモニター本体部の設計ではビームが誘電体近傍を通過した際に誘電体内で光が反射を繰り返し、光の取り出しポートまで伝播する。光量を増やすためには誘電体のサイズを大きくすることが有効であるが、サイズが大きいと内部で反射を繰り返し、光の経路差の分だけ時間方向の分解能が悪化する問題があった。必要な光量が得られる誘電体の大きさと形状設計が終了した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

テェレンコフ回折放射を増幅するレーザー光学系は必要な光量が得られる設計が完了した。
チェレンコフ回折放射のモニター本体部では誘電体内部の光の伝播で時間分解能が悪化する問題があり、それを低減するための設計に時間を要した。

Strategy for Future Research Activity

光の増幅部、モニター本体部の設計がほぼ完了したため、製作を進め、2023年秋にビームを用いて実証実験を行う。