2021 Fiscal Year Annual Research Report
Establishment of precise control of 3-D spiral beam injection scheme for the muon g-2/EDM experiment at J-PARC
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19H00673
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
飯沼 裕美 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 准教授 (60446515)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大澤 哲 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 (00150011)
古川 和朗 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, 教授 (00190132)
染谷 宏彦 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, その他部局等, シニアフェロー (10518830)
近藤 恭弘 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, 主任研究員 (40354740)
佐々木 憲一 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 超伝導低温工学センター, 教授 (70322831)
大谷 将士 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 (90636416)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ３次元らせん軌道入射 / パルスキッカー装置 / 磁気シールド機能付きビーム制御装置 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁束密度3T,300MeV/cのミューオンビームを直径70cmの円軌道に蓄積するために、３次元らせん軌道入射の技術開発に取り組んでいる。現在建設中のJ-PARCミューオンビームライン(H-Line)に設置する装置の制作に先立ち、約３分の１スケールのビーム入射専用テストベンチにて実証実験を重ね、新しい技術開発要素の問題点の洗い出し、問題解決に向けた技術開発を行った。本研究では、荷電粒子軌道の可視化が特徴的な成果である。加速器技術では汎用性の高いワイヤーモニターと、ほぼオンラインで3次元ビーム軌道の画像評価を実現している、これにより、ビーム調整手法に必要な多くのビームパラメータを系統的に評価することが可能になった。
また、本番実験では強磁場中にビーム制御装置を設置するために、磁場遮蔽機能付きステアリング磁石の設計、試作機の制作も行なった。これは、医療用MRI装置の技術を応用した「打ち切り特異値分解法」を利用しており、独自性が高い磁石である。磁場測定評価を行った結果、所定の性能が出ていることを確認した。
本研究を通じ、2021年度までに博士学位取得者1名、修士学位取得者2名を輩出した。
また、2021年度までに３次元らせん入射と入射後の軌道確認までの成果を国内外の学会で発表し、査読付き投稿論文３本にまとめあげた。現在は、入射・蓄積後のビーム運動を測定するためのモニター装置の動作試験に取り組んでおり、本科研費研究の最終目標である、ビーム運転時のビーム制御手法の確立、最適化のためのデータ取得を行っている。
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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
コロナ禍の中、ビームラインでの活動制限があったものの、磁石設計に十分時間を取り、磁気遮蔽機能つき磁石の作成が捗った。また、修士学生２名が３次元らせん軌道入射のシミュレーション計算に習熟し、ビームライン作業時間が限られた中でも戦略を立てて取り組むことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本科研費の最終年度であり、今までに制作した実験機材、積み上げた知見を総動員してビーム入射の最適化に必要な、考えうる事案を想定したデータ取得に取り組み中である。その結果を投稿論文2本程度にまとめる計画である。
さらに、J-PARCに於ける本番実験（2026年を予定）に向けたビーム運転の戦略的シナリオを具体化するためのシミュレーションツールの制作の仕様を固める。具体的には、機械学習によりビーム制御パラメータの最適化を割り出すアルゴリズム開発に必要なパラメータ空間のデータベース化に取り組む。
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