2018 Fiscal Year Annual Research Report
極限放射線環境下における高感度非破壊プロファイルモニタの研究開発
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18H01238
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
豊田 晃久 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (20373186)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
里 嘉典 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (30342603)
上利 恵三 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 技師 (30391741)
森野 雄平 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教 (50715240)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 大強度ビーム計測 / 耐放射線 / ビームプロファイル測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年国内外において利用されている加速器は日増しに大強度化されてきており、その安全かつ安定な運転のためビームを正確かつ連続的に診断するビームプロファイル検出器の重要性は日に日に増大している。本研究では残留ガスのイオン化からの信号を高効率で光伝送する新発想のビーム診断システムを新規開発し、極限条件下でのビーム試験を行って実用化することを目的とする。本研究の手法により、大強度化による高放射線環境下においても動作し、高感度でかつビームを乱すことなく極めて広いダイナミックレンジで測定できる、これまでにないプロファイルモニタが完成する。
この研究目的を達成するために、まず測定領域の大きさを、計算上のビームプロファイルの大きさから決定した。この領域に応じて必要な電場や磁場の一様度を有限要素法計算ソフトによって評価した。導出された電場磁場の一様度から測定分解能である1 mm 前後が達成できることが評価できた。得られた結果に基づいて磁場の強さ、電極板の大きさを決定した。
測定分解能については光学の分解能も重要である。レンズ光学にすると分解能は出しやすいが、メンテナンスの頻度が上がる問題があるので、メンテナンスがほぼ不要な表面鏡を利用した反射鏡光学を採用した。光学計算ソフトを利用し、収差を打ち消しあう2 枚の反射鏡を利用した光学を候補として光学パラメータを調整し決定した。またシミュレーションによってビームラインのビームロスや放射線レベルを評価した。これにより放射線に比較的弱い撮像系のビームラインからの距離を決定した。
最後に信号量を評価した。電離電子の数は実際にハドロンビームラインで使用中の残留ガスモニタの出力値から導出した。イメージ増幅器の増倍率、光学の立体角、カメラの感度を考慮し、蛍光面の効率がどの程度必要か評価した。蛍光面の発光効率を測定するためのセットアップを設計製作した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
申請時の研究計画に従って、計算機シミュレーションを用いてビームライン各所におけるバックグラウンドの評価を行い、バックグラウンド粒子が発光体やイメージ増幅装置、カメラやリレーレンズなどに当たることで生じるバックグラウンド発光量と、ビームによる残留ガスの電離電子が発光体に当たって生じる信号発光量の詳細な比較を行った。その結果申請時の想定以上に発光体の厚さをコントロールする必要があることが分かり、具体的には発光体の厚さを60 um以下まで薄くしないと十分なS/Nが得られないことが分かった。これを受けて収量を増大させる目的で申請時の研究計画にはなかった、残留ガスで生じた電子を高電圧をかけることによって加速して蛍光体に入射することで発光効率を上げることを検討した。ところがその加速電子のエネルギーレンジと発光体の厚みに対する発光効率のデータが現時点で存在しないことが判明したため、実際に電子発生装置で生じた電子を蛍光体に入射してカメラで測定し、発光効率の加速電子エネルギーおよび発光体の厚みへの依存性を評価する必要が生じた。この発光効率測定実験のためのセットアップの設計・製作を今年度追加で実施したためその分遅れが生じている。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に構築した発光体の発光効率測定実験セットアップを使用して、発光効率を測定する。具体的には各電極の電圧の値および、電子発生装置であるEGAの出力電圧の値を変えながら電子を出射し電極で加速して発光体に入射させる。生じた発光をカメラで測定し、その画像データを画像取り込みモジュールを利用してPCに取り込む。取り込んだデータを各種の画像解析ソフトウエアを利用して解析することで発光分布や発光強度のデータを取得する。EGAの出力エネルギーおよび出力量で規格化された発光量を求めることで発光効率を評価する。その上で発光体自体を他の候補の発光体に変更したり、蛍光体観測方向を入射側とその反対側に変えることによる効果を見たり、入射電子を遮断板で一部遮ることによって位置分解能を評価したりする。これらのデータに基づいて発光効率および位置分解能に最も優れた最適な発光体、電極のセットアップおよび設定値、およびカメラ観測方法を決定する。このセットアップ構成を実現できるような内部電極および真空チェンバーを設計製作し、申請時に想定していた測定効率および測定分解能などの性能が得られることを確認する。
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Research Products
(1 results)
