2016 Fiscal Year Annual Research Report
小型イオントラップを応用した次世代ハドロン加速器における空間電荷効果の系統的研究
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15H03662
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
岡本 宏己 広島大学, 先端物質科学研究科, 教授 (40211809)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 清一 広島大学, 先端物質科学研究科, 助教 (70335719)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 粒子加速器 / 大強度ビーム / 非中性プラズマ / 空間電荷効果 / イオントラップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
S-POD I ~ III号器を並列して活用し、以下のように多くの物理的知見を得た。
S-POD I : ドップラーレーザー冷却法を応用したカルシウムイオンの大量蓄積法の原理検証実験を継続した。イオン閉じ込めポテンシャルの最適化等により、真空度を悪化させることなく、数百万個の40Ca+の安定な蓄積に成功した。レーザースポットサイズの拡張によるイオン冷却効率の改善を目指したが、現状では閉じ込めイオン数の有意な増大には繋がっていない。スポットサイズ拡張による光子密度の減少が問題であると考えられる。
S-POD II : 最も標準的なFODOラティスを仮定し、水平および鉛直方向のプラズマ集束力に差がある場合のビーム安定性を広いチューン領域で精査した。その結果、空間電荷ポテンシャルに起因すると思われる複数の結合共鳴不安定帯の存在を初めて実験的に確認した。発見された不安定帯は集団的な2次和共鳴および3次差共鳴によるものと考えられる。PICコードを使った多粒子シミュレーションも併せて実施し、観測データとの良い一致が得られている。
S-POD III：昨年度の研究により解明した“半整数チューン近傍の二重共鳴構造”のパラメータ依存性について、さらに詳細な実験的検証を進めた。集団的双極共鳴不安定性の振る舞いをヒル方程式の解の性質に基づいて予測することを試みているが、最終的な結論には至っておらず、来年度の課題のひとつとなっている。
非線形ビームダイナミクスの系統的研究を念頭に多極ポールトラップのプロトタイプを設計した。各構成要素の発注と納品は年度末に完了しており、新年度初めより構築作業に入る。尚、以上の研究テーマについて海外共同研究者（英国ラザフォードアップルトン研究所およびオックスフォード大学の加速器研究チーム）とのインターネット会議を定期的に開催し、実験データの検討や情報交換を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
交付申請書に記載した研究実施計画に沿って、おおむね順調に実験成果が上がっている。S-POD I号器およびII号器で予定されていた実験に加え、昨年度発見した集団的双極共鳴に関する実験をIII号器で並行して進めているが、いずれもとくに大きな問題は生じていない。非線形ポールトラップの機械設計も完了し、構成部品は既に発注済みである。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述の通り、今のところ当初の研究実施計画に沿ってほぼ問題なく実験を進めることができており、研究内容の詳細に大きな変更を加えることは考えていない。主要な共鳴不安定領域のラティス構造依存性をチューンダイヤグラム上で明らかにしていくと共に、非線形ポールトラップ初号器の構築と必要な高周波システムの整備を進めていく。また、S-POD I号器では、レーザー冷却法を利用したカルシウムイオンの大量蓄積法に関する実験を継続する。
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