2018 Fiscal Year Research-status Report
Experimental study on non-linear resonant instabilities in space-charge dominated beams with a linear Paul trap
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17K05120
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
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) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 荷電粒子ビーム / 非中性プラズマ / 非線形共鳴 / 空間電荷効果 / 線形ポールトラップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では「1. 補助電極付線形ポールトラップを製作」し，これを用いて「2. 空間電荷効果が非線形共鳴に及ぼす影響」と「3. 非線形場が線形集団共鳴に及ぼす影響」を系統的に調査することを目的としている．補助電極付き線形ポールトラップの製作及びその基礎的な特性の評価は昨年度に終えており，良好な結果を得ている．本年度はこれを用いて以下の結果を得た．
A) イオン数が 10 の 5 乗個程度と比較的少なく空間電荷効果が無視できる状況において，補助電極に直流電圧を印加しこれを高くしていくと，四次の非線形共鳴による粒子損失（阻止帯）の量が増加することを確認した．これは当初のもくろみ通り，補助電極への印加電圧により八極場の強さを人為的に制御できたことを表している．
B) この時，阻止帯の生じるチューンがシフトし，その方向が印加電圧の符号により変化することを確認した．シフトの方向は理論的な予測と一致した．
C) やはり，イオン数が 10 の 5 乗個程度と比較的少ない状況で補助電極に交流電圧を印加した場合に，4次の非線形共鳴による粒子損失を確認した．ただし阻止帯は二つに割れていた．その理由は現在調査中である．
D) 補助電極に正負の直流電圧を印加することで，プラズマの重心位置を制御して電極の設置誤差に起因する非線形場の影響を軽減できることを確認した．
E) 四重極電極を検出電極として用いることで，プラズマの一次の集団振動（重心振動）と二次の集団振動の検出に成功した．これにより，ベアチューンとデプレッスドチューンを正確に測定することが可能となった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初予定では，H30 年度中に六極場の励起実験を行う予定であった．しかし新たに導入した電源の安定性に問題があり，現在のところ八極場励起実験までしか行っていない．電源の不具合についてはその原因を特定しており，その修正もほぼ終了している．H31 年度初頭にはすぐに六極場励起実験を開始する予定である．一方で，本研究での難関の一つと考えていた 10 の 7 乗個台のイオンの捕捉には既に成功している．従って，やや遅れていると判断する．
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| Strategy for Future Research Activity |
H31 年度は，まず小数個のイオンを捕捉し六極場励起実験を行う．その後，「2. 空間電荷効果が非線形共鳴に及ぼす影響の系統的調査」と「3. 非線形場が線形集団共鳴に及ぼす影響」に着手する．
具体的には六，八極場の大きさと捕捉イオン数を様々に変え，それらに対し 三次，四次非線形共鳴の阻止帯の形状とシフト量，成長率がどのように変化するかを測定する．結果の物理的理解を助けるために実験と平行し Particle-In-Cell 法により 空間電荷効果を近似的に導入した数値計算も行う．
時間に余裕があれば非線形共鳴で問題になる結合共鳴にも注目する．結合共鳴を明確に観測にするにはは，x，y方向のベータトロンチューンを軸とした平面上に阻止帯を表した, いわゆるチューンダイアグラムを作成するのが有効であるが，その手法も既に確立している．
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| Causes of Carryover |
経費はほぼ予定通り使用しており，繰越金額はごくわずかで誤差の範囲内である．従って，H31年度の使用計画に影響・変更はない．
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Research Products
(5 results)
