2015 Fiscal Year Research-status Report
プラズマ航跡場によるクリーン小型ビームダンプの研究開発
| Project/Area Number |
15K13494
|
|---|
| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
|---|
Principal Investigator |
佐伯 学行 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 (70282506)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | ビームダンプ / プラズマ航跡場 / ILC |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
ILC では、高いルミノシティーを得るために、電子と陽電子の２つのバンチサイズを絞り込んで衝突させるため、衝突後はバンチが拡散する。このため、衝突後のバンチ形状の詳細なシミュレーション計算を行う予定であった。しかし、この課題においては、まず高いエネルギーの電子（陽電子）ビームがビームダンプとして現実的な距離において、プラズマ航跡場の効果によって減速されることをシミュレーションで示すことが最も重要と判断し、ビーム衝突によるビーム拡散の研究は次年度以降に行うこととした。このため、ILCにおける衝突前のビームバンチ形状に近い形を仮定し、プラズマ航跡場によるビーム減速が行われるかをシミュレーションで計算した。具体的には、長さ方向（X）のシグマ＝300 μm、断面方向（ｒ）のシグマ＝50 μm、ビームのエネルギー＝250 GeV、エネルギーの広がりを0.1%と仮定して、プラズマ密度=(3x10**21/立方m)のプラズマ内にビームを入射した場合のプラズマ航跡場によるビーム減速を3mの長さに亘って詳細なシミュレーションで計算した。その結果、3mにおけるプラズマ航跡場の減速により、ビームは15%のエネルギーを失うことが確認できた。このシミュレーション計算の結果は、2015年10月に行われた海外国際会議 IZEST Workshop @ CERN“Outlook on Wake Field Acceleration: The Next Frontier”で研究代表者の佐伯により報告・発表された。このシミュレーション計算をさらに進めるためには、計算機能力の向上が重要である。このため、KEKの計算機センターを利用すると同時に、専用ワークステーションを購入して計算機能力の向上を続けている。ビームの全エネルギーの減速計算が行われていないため、プラズマガスチェンバーの最適化などは未着手の状況である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
計画当初は、ビームのプラズマ航跡場による減速のシミュレーション計算にそれほど時間を要しないと考えていた。しかし、研究協力者と議論を繰り返す内に、想定以上の計算機能力と時間が必要であることが判明した。ILCのビーム衝突後のビーム拡散などの研究を行った後でビーム減速のシミュレーション計算を行う計画では、かなりの遅れが予想された。このため、ビーム拡散の研究を保留して、まずはILCビームに近い単純なバンチ形状でプラズマ減速が行われるかを詳細なシミュレーション計算で確認することを最優先とした。その結果、利用可能な計算機能力によって、250Gevのビームが3mに亘るプラズマ航跡場により減速される場合のシミュレーション計算を行い、ビームが15%のエネルギーを失うことを確認した。さらに研究を推進するため、KEKの計算機センターを利用したり、専用のワークステーション計算機を購入するなど、計算機能力を向上させる努力を行っているが、当初の想定より計算機能力が不足している。また、研究協力者が当該課題とは違う複数の課題を担当しており多忙であること、また共同研究者の所属機関が全世界に拡散していることから、時間的な制約と旅費の制約から、当初想定した年1回の小規模ワークショップの開催が難しい状況である。遠隔会議システムや国際会議への参加の機会を適宜利用して直接会合を行う努力をしているが、さらにグループ内の密接な連絡や議論を行う機会を増やす必要がある。
|
| Strategy for Future Research Activity |
250Gevのビームエネルギーを全てプラズマ航跡場による減速でビームダンプするシミュレーション計算を完了することを最優先課題とする。3mのビームダンプのシミュレーション計算では、3mの後半においてエネルギー損失率が減少する傾向が見えた。このため、距離が増すにつれてエネルギー損失率が減少するかを確認することが重要である。さらにシミュレーション計算を進めるためには、計算機能力の向上が必要不可欠である。現在、KEKの計算機センターのジョブシステムを利用しているが、さらにスーパーコンピューターの利用が可能かなど、計算機能力を向上させる方法を検討する。ビームダンプのガスチェンバーの最適化設計には、ガスの密度などパラメーターを変えたシミュレーション計算が必要であるが、詳細計算を繰り返すには計算機能力が不足している。このため、系を単純化した考察が必要であり、その検討を開始する。また、ILCのビーム衝突後のビーム拡散の研究を行うには、別途、計算機能力が必要である。その計算機能力をどのように確保するかを検討する。研究協力者が当該課題とは違う複数の課題を担当しており多忙であること、また共同研究者の所属機関が全世界に拡散していることから、時間的な制約と旅費の制約から、当初想定した年1回の小規模ワークショップの開催が難しい状況であるため、遠隔会議システムや国際会議への参加の機会を適宜利用して直接会合を行うこととする。
|
| Causes of Carryover |
当初計画よりも計算機能力が必要となり、無償のシミュレーションソフトウエアを使用することとして、物件費を全てワークステーション計算機の購入に充てた。高額のワークステーション計算機の見積もり額を予算額に合致させることは難しく、15,790円の次年度使用額が生じた。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
ワークステーション計算機の保守費用として使用する計画である。
|
