超伝導加速空洞の高電界化が期待される多層薄膜超伝導体の実証研究

Research Project

Project/Area Number	22K18128
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 80040:Quantum beam science-related
Research Institution	Ibaraki National College of Technology
Principal Investigator	服部綾佳茨城工業高等専門学校, 国際創造工学科, 助教 (10758569)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000) Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Keywords	アンテナ評価 / アンテナ設計 / 超伝導共振器 / 薄膜 / 超伝導加速空洞
Outline of Research at the Start	本研究ではマイクロ波中で多層薄膜超伝導体の最大表面磁場を測定する超伝導共振器を開発する。多層薄膜構造をもつ超伝導体（多層薄膜超伝導体）は超伝導体単体よりも最大表面磁場が大きくなると予測されている。素粒子実験用の高エネルギー加速器に用いられる超伝導加速空洞を多層薄膜超伝導体で製造すると加速勾配が飛躍的に向上すると示唆されている。超伝導加速空洞内面はマイクロ波の影響を受けるので、マイクロ波中で多層薄膜超伝導体の最大表面磁場を実測し、マイクロ波中で予測される通りの最大表面磁場を得られるのかを確かめたい。そこで、多層薄膜に予測されている最大表面磁場を上回る磁場強度を印加できる超伝導共振器を開発する。
Outline of Annual Research Achievements	昨年度に引き続き、多層薄膜超伝導体に、マイクロ波中で、超伝導状態を保ちながら印加できる最大表面磁場（臨界磁場）を測定するための半球状超伝導共振器の開発を進めている。多層薄膜超伝導体は従来の超伝導体よりも高い臨界磁場をもつとされている。令和４年度に決定したアンテナ設計（半球状共振器の曲面側に垂直に取り付けるポートに半球部底面に対して水平方向から直線アンテナを挿入する設計）を基に、令和５年度は常温試験用アルミ製半球状共振器およびアンテナを製作し、アンテナの評価を行った。半球状共振器に目的のマイクロ波（TE013モード）を安定して励振させることが本研究の課題であったが、常温試験用アルミ製半球状共振器にアンテナを装着し、ビーズ摂動法（共振器内にビーズを挿入し摂動を与えて行う測定法）による電場強度分布測定の結果、測定された電場強度分布が目的のマイクロ波（TE013モード）の電磁場シミュレーションで得られた電場強度分布と一致し、アルミ製半球状共振器にて、設計したアンテナ形状で目的のマイクロ波（TE013モード）を励振できることが確認された。この常温試験では、目的のマイクロ波（TE013モード）の共振周波数近傍に目的外のマイクロ波が見られており、その目的外のマイクロ波が低温での臨界磁場測定に影響を及ぼし得るのか検討することが課題として残っている。その検討の後、低温試験に向け、ニオブ製の半球状超伝導共振器の設計・製造に取り組む。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 4: Progress in research has been delayed. Reason 産前産後休暇および育児休業の取得のため。
Strategy for Future Research Activity	超伝導共振器の実機製造を行い、低温試験を実施する。