2018 Fiscal Year Annual Research Report
Demonstration of an on-chip electron accelerator aiming at application to the radiobiology research
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15H03595
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
小山 和義 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, 協力研究員 (40357041)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上坂 充 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (30232739)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 量子ビーム / 加速器 / フォトニック結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低線量放射線の生体に対するリスク評価や放射線化学研究などにおいては、放射線による電離や二次電子の移動 等の素過程に 関する新たな視点からの理解が必須である。1MeV程度の高エネルギーマイクロビー ムを試料の狙った位置に照射可能なレーザー駆動オンチップ加速器は、放射線生物学研究や放射線化学研究のための重要なツールになる。 本課題の目的は、レーザーパルス導入光学系も含めた「オンチップ誘電体加速システム」の設計を可能にすることである。オンチップ電子加速器の設計指針を得るために、レーザー 駆動誘電体加速器の主な要素である誘電体製の加速器本体、ピコ秒電子銃の動作シミュレーションと実験を進めてきた。
最終年度の目標は、レーザーパルスによる電子加速の実証と、実用化に当たって要求されるシステムの小型化・高安定化のための指針を明らかにする事である。 誘電体製の加速構造は、物材機構(NIMS)の微細加工プラットフォームを利用して製作した。照射実験装置は、電子銃および電子光学系、誘電体製の加速用回折格子とその微調整装置、電子スペクトロメータとそれらを収める真空容器からなる。
現在提案されている 駆動誘電体加速器の構造では、レーザーエネルギーから電子へのエネルギー変換効率が100万分の１以下でしかないので、もし加速に成功しても応用分野は限られる。そのために、実験装置の組み立てと並行して、小型の市販品レーザーでも電子加速を可能にするための加速構造を研究した。波長以下の周期構造の回折格子が高効率反射鏡として使えることを理論及びシミュレーションで明らかにして、それを使った微小共振器構造及び導波管構造の開発を行った。その結果、従来型構造に比べて微小共振器構造ではレーザーエネルギーから電子へのエネルギー変換効率が50keVの電子に対して約1万倍向上して、1.4%にできることが明らかになった。
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| Research Progress Status |
平成30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 |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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