2018 Fiscal Year Research-status Report
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17K19091
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
高山 健 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, 研究員 (20163321)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
菊池 崇志 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (30375521)
長谷川 純 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (90302984)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | 慣性核融合 / クラスターイオン / 誘導加速マイクロトロン / 双方向多重構成誘導加速シンクロトロン / DT標的 / ビームパルス圧縮 / パスアジャスター / Malmberg-Penningトラップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
巨大クラスターイオン慣性核融合ドライヴァーシステムを構成する入射器である誘導加速マイクロトロンの基本設計を終えた。理論的基礎となるビーム力学体系を構築した。また、主加速器である双方向・多重構成誘導シンクロトロンのLattice設計の叩き台を完成させた。主加速器からDT標的までに配置するビームパルス圧縮装置と200個のバンチの同時照射を可能にするpath-adjusterのプロトタイプを考案した。
従来提案されてきた物質の阻止能増加の効果（クラスター効果）は存在しないのではないかとの結果を得た。照射イオンビーム軸の振動でより安定な爆縮と大きなエネルギーゲインが得られることを提案。ターゲット爆縮のシミュレーションに用いた空間２次元の爆縮コードを公表。ビーム長圧縮模擬実験装置Malmberg-Penningトラップにエネルギー分布関数の新たな計測法（電子プラズマが円筒導体壁に誘起する鏡像電荷由来の電場と閉じ込め磁場によって駆動される容器軸周りのExBドリフトを利用し，分布関数導出のための電子のエネルギー選択を１ショットで空間分解にて取得）を開発。このメカニズムを解明する数値シミュレーションを開発し実験との対比を実施。複数イオンバンチのパルス圧縮と同時照射システムの提案と妥当性の検証を実施。
ソレノイド磁場を用いた電子ビーム照射系を開発し，フラーレンイオン源に導入した。ノズルから噴出したフラーレン分子ビームの進行方向と同軸に配置したソレノイドコイルにより最大で15 mTの収束ガイド磁場を約10 msにわたり発生した。タングステンフィラメントから放出された電子をソレノイドコイルに印加したバイアス電圧により引き出しながら収束・加速することで，フラーレン分子ビームに最大で約3mA/cm^2の電子ビームを照射した。数µAのフラーレン正イオンビームを発生することに成功した。
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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
3つの研究グループで分担して来た。適時Video Conferenceを交え、ほぼ4か月に一回程度の合同のmeetingを行って相互の進捗を確認。初年度に提示の巨大クラスターイオン慣性核融合システムの鍵となる各要素の研究進捗に伴い、課題も見出されてきた。
高電離クラスター源開発では既存のレーザーアブレ‐ションイオン化法により金属クラスターイオン生成を念頭に試みられたが、目的のフラーレンのイオン化はまだである。フラーレンの電子衝突を用いたイオン源開発も試みられている。十分なイオン電流ではないが3価イオン生成を確認。衝突電子エネルギーの増大で高価数イオンの生成が期待できる。
研究開始時点で提案されていた入射器（誘導加速マイクロトロン）の設計はその建設が可能な程度に進捗。加速可能なビーム電流を評価する手法が確立。受け入れ可能なビーム電流を増やす方法と入射器の必要台数を知る事が可能になった。2年間の研究を通じ、双方向・多重構成誘導加速シンクロトロンの妥当なLattice構成の成案を得た。ビーム取り出し部の設計を実施。主加速器から異なる時間に取り出される100個の複数バンチをDT標的に同時に照射するかが懸案であった。path-length adjusterと呼ばれるビームトランスポートラインの発明・提案により、課題は原理的には解決。併せて、その磁石構成などの成案を得る。
標的物理班はクラスターイオンのDT標的内での物理素過程研究に集中。既存コードで仮定された相互作用モデルではクラスター効果の顕著な影響を見出さなかった。相互作用モデルの更なる検証の必要性を示唆。ビームパルス圧縮の実験的な等価モデルとしての電子閉じ込め装置の有効性を検証する実験とシミュレーションコードの構築、鍵となるビームパラメーター観測装置の開発が順調に進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
2年目に研究代表者がクラスターイオン源開発で共同研究を組んでいるIPN－Orsayフランスでの講演と、共同研究進捗についての議論と今後方針決定のため、当地を訪れることになっていたが、双方のスケジュールが合致せず訪問する事が出来なかった。そこで延長した最終年度の6月に当地を訪れ、これまでの進捗に関する報告と、巨大クラスターイオン用円形加速器に関するセミナーを行うと共に、当地のイオン源開発現場の見学を予定している。又、共同研究者であるClaude Deutschとは40 MeV/u巨大クラスターイオンのDT標的通過に伴うエネルギー損失機構の検証について、これまで提案されているモデルの妥当性について議論をする。
延長した最終年度では、これまでの研究成果の論文化に全力をあげる予定である。空間電荷評価手法についてはPhysics Letters Aに、巨大クラスターイオン慣性核融合シナリオの全体像についてはReview of Modern Physicsを想定している。
巨大クラスターイオン源開発は研究費の不足を、何か別手段で補い、更なる高電価数クラスターイオン源の実証を試みる予定である。
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| Causes of Carryover |
研究代表者がクラスターイオン源開発で共同研究を組んでいるIPN－Orsayフランスでの講演と、共同研究進捗についての議論と今後方針決定のため、当地を訪れることになっていたが、双方のスケジュールが合致せず訪問する事が出来なかった。
その後スケジュール調整後6月中旬にIPB-Orsayを訪問し、当初の予定通り、セミナーとクラスターイオン源開発の見学を予定している。繰り越し額はこの旅行経費として使用予定。
研究成果の論文出版を複数計画しているが、論文投稿経費、校閲料に充当する。
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[Presentation] Dynamics Mitigation of Filamentation Instability Growth2018
Author(s)
S.Kawata, Y. J. Gu, X. F. Li, T. Karino, H. Katoh, J. Limpouch, O. Klimo, D. Margarone, Q. Yu, Q. Kong, S. Weber, S. Bulanov and A. Andreev
Organizer
International symposium series on High Power Laser Science and Engineering
Int'l Joint Research / Invited
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