多種大強度重イオンビーム加速のための軌道制御型加速管の開発

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K11937
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• Principal Investigator: 柏木 啓次 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 放射線高度利用施設部, 主幹研究員(定常) (30391303)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: レーザーイオン源 / 重イオンビーム

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、レーザーイオン源で生成した多種の高強度イオンビームを加速管で加速する際に問題となる、イオン種ごとの軌道の違いやクーロン反発力によるビーム発散に起因したビーム損失を抑制するため、この反発力が顕著に表れる数10keV領域においてビーム軌道を制御して加速する技術を開発する。
令和2年度は、ビーム引き出し加速電極系の設計検討をプラズマシミュレーションにて行うとともに、ビームのエミッタンスを測定する装置の検討を行った。
1）ビーム引き出し加速電極系の設計：プラズマ生成部近傍からビーム引き出し加速電極までの領域についてParticle-in-cell法によるプラズマシミュレーションを行い、引き出し前後のプラズマ及びビームの挙動を考慮した電極系の設計を行った。プラズマ発生部の下流にプラズマ輸送用ソレノイド電磁石があるため、磁場シミュレーション結果をプラズマ計算に反映させて計算を行った。その結果、電磁石中においてプラズマが中心軸付近に集まる箇所があることがわかり、より高強度なビーム引き出しを行えるこの場所でイオン引き出しを行うことを決定した。また、引き出されたビームのエミッタンスを評価し、これが最小になるように電極配置を決定した。
2）エミッタンス測定装置の検討：引き出されたビームのエミッタンスを測定するための装置の検討を行った。レーザープラズマから引き出されるビームはパルス状かつエミッタンスが時間変化する。そこで、微小多孔薄板を通り抜けたビーム形状を撮像することで高速エミッタンスが測定可能なPepper-pot法を採用するとともに、ビーム像検出用MCPを高速高電圧パルスで駆動することで時間分解測定が可能な装置を設計した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

ビーム引き出し加速電極系の設計を進めるとともに、エミッタンス測定装置の設計を行うことができた。電極系の設計においてプラズマシミュレーション条件の探索に時間を要し、設計完了に至らなかったためやや遅れていると評価した。

Strategy for Future Research Activity

引き出し加速電極系の設計を完了し、製作した電極系をプラズマ輸送路に設置してビーム引き出し加速実験を行う。

Causes of Carryover

理由：ビーム引き出し加速電極の製作及びエミッタンス測定装置の一部を次年度に行うこととしたため。
使用計画：ビーム引き出し加速電極装置及びエミッタンス測定装置に必要な物品の購入等に用いる。