Observation of H- beam fluctuation extracted from an rf-driven high-intensity ion source

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K05108
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 神藤 勝啓 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究副主幹 (80322999)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 和田 元 同志社大学, 理工学部, 教授 (30201263) ; 柴田 崇統 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, 助教 (20773956)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 負水素イオン / 高周波負水素イオン源 / イオンビーム

Outline of Annual Research Achievements

日本のJ-PARC、米国オークリッジ研究所のSNS、欧州原子核研究機構（CERN）のLHCなどの世界の大強度陽子加速器施設では線形加速器からシンクロトロンへの入射ビームとして負水素イオンビームが用いられている。この負水素イオンビームの生成には、近年高周波放電によりプラズマを生成し、プラズマ中の負水素イオ
ンをビームとして引き出す高周波負水素イオン源が主流となっている。プラズマ生成には2MHzの高周波源が用いられているが、イオン源内のイオン密度が高くビーム引き出し領域近傍のイオンシースが高周波に追随し電位揺動のため、引き出された負水素イオンビームは揺らぎを持つと考えられる。本研究は、高周波大強度負水素イオン源より引き出された負水素イオンビームのエミッタンスの揺らぎを観測し、この揺らぎがプラズマ生成に用いている高周波に起因していることを突き止めることが目的である。
令和2年度は、ビームのエミッタンスを高時間分解能で測定するための計測システムを構築し、J-PARCの高周波負水素イオン源より引き出された大電流負水素イオンビームのエミッタンスの時間変動の測定を行った。その結果、ビームエミッタンスは、イオン源プラズマ生成に用いている高周波の駆動周波数である2MHzで揺動しており、約10％の変動幅を持って揺らいでいることが分かった。