大強度陽子シンクロトロンのための電磁石電流計測による超精密ビーム光学の実現
Publicly Offered Research
| Project Area | Exploration of Particle Physics and Cosmology with Neutrinos |
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| Project/Area Number |
19H05113
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
栗本 佳典 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 (70597559)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | シンクロトロン / 中心軌道 / リアルタイム / FＰＧＡ / ビーム光学補正 / FPGA / 大強度陽子加速器 / ビーム光学 / 光学補正 / 電磁石 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は、大強度陽子ビームにおいて大強度化を妨げているビーム光学パラメタの誤差を、電磁石電流値を使ったリアルタイムな予測値をつかって補正する。これにより超高精度のビーム光学を実現する。この研究は、大強度陽子加速器のビーム損失の低減に直結しており、ニュートリノビームを用いた実験だけでなく、他の素粒子原子核実験や中性子・ミューオンを使用する物質生命科学など、大強度陽子加速器に関わるすべての分野に貢献できる。また、電磁石電流値を始めてビーム制御に使うことは「ハイテク」加速器の幕開けといえ、その他の周囲温度や放射線量などの情報を取り込んで、自動調整を行うインテリジェントな加速器の実現を早める。
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| Outline of Annual Research Achievements |
シンクロトロン加速器において偏向電磁石電流の誤差はビーム中心軌道の誤差を生む。そこでこの研究では、電磁石電流計測値からFPGAを使って中心軌道のずれを高速に算出し、それを使って中心軌道のずれをリアルタイムに補正する。実際にJ-PARC Main Ring では200Hz 以下でランダムに発生する電磁石電流誤差によりビーム中心軌道の誤差が観測されているので、それを補正するためのセットアップを考案し作成した。開発した部分は、電流偏差を受け取って中心軌道のずれ（補正量）を算出するFPGA 上のファームウェアおよび補正量を受信し補正電磁石用電源に入力する電子回路の二つで、すでにどちらも完成して性能確認も済んでいる。開発したハードウェアや設計詳細については学会等で報告している。令和2 年度12月のビーム試験では、実際にそのシステムを使った中心軌道のリアルタイム補正に成功した。具体的には50 Hz以下の周波数領域でリアルタイム補正をなしの場合に比べて、20から40%程度の低減を観測できた。さらにこのリアルタイム補正の応答は、事前に測定した補正用電磁石電源の伝達関数から予想される値と誤差の範囲で一致した。とくに、想定していた200 Hzまで補正の帯域が伸びなかった理由は、補正用電磁石電源制御システムの伝達特性によるもので本装置によるものではない。電磁石電流を使ってリアルタイムで中心軌道を補正をした例は今回が初めてで、ジャーナル投稿の準備中である。また、これをメインテーマとした学生の修士論文が提出され、その学生は修士号を取得した。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
