2017 Fiscal Year Annual Research Report
Systematic experimental study of space-charge-induced beam instability in next-generation hadron accelerators using a compact ion-trap system
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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 |
前年度、S-POD II号器で実験的に確認された共鳴不安定性の発生条件をさらに詳しく調べた。粒子間相互作用を加味した系統的な多粒子シミュレーションにより共鳴不安定帯のビーム密度依存性を精査すると共に、ブラソフ・ポアソン方程式系に基づく自己無撞着な数値解析も並行して進めた。その結果、集団共鳴条件に関する、非常に一般化された仮説に到達している。また、ビーム密度と共鳴不安定帯のシフト量の関係から共鳴条件式が含む集団振動モードのチューンシフト因子を近似的に評価し、その値が（理論的な予想通り）常に１より小さいことを確認した。
現実の加速器では、電磁石の励磁電流に微弱ではあるが有限の揺らぎが存在する。円形加速器中に大強度のハドロンビームを極めて長時間蓄積しなければならない場合、四重極電磁石による線形収束場の揺らぎは無視できないビーム性能の劣化に繋がる可能性があることをS-PODで実験的に示した。揺らぎの大きさに依存した時間的に非常にゆっくりと成長するビーム損失が観測されている。１次元の理論モデルに基づく摂動解析の結果および観測データから、この弱いビーム損失の原因は或る種の集団共鳴であり、白色雑音が含む特定の周波数帯のみが関与していることが分かった。
非線形ビームダイナミクス研究用多極ポールトラップの構築が完了し、年度後半にS-POD III号器へ導入した。各種電源の調整やプラズマ計測機器の較正を経て、現在その動作試験が進行中である。新型トラップでは（構造上の制約から）イオン生成領域と実験領域を分離しなければならない。このため、軸方向のポテンシャル井戸の形を最適化する必要があり、区分された四重極電極に印加するバイアス電圧の様々な組み合わせを試しているところである。予備的な実験データではあるが、現状で旧型トラップと同程度のイオン蓄積を実現している。
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| Research Progress Status |
29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 |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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