光学的手法によるミリ波帯超高電界加速器の先駆的研究

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20654025
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 吉田 光宏 High Energy Accelerator Research Organization, 加速器研究施設, 助教 (60391710)
• Keywords: 加速器 / ミリ波

Research Abstract

本研究は、ミリ波帯電磁波を利用した超高電界加速器の検討を目的としている。加速電磁波は数ミリの波長だが、光学的手法を用いる事で、加速管の外形としては従来の加速管程度の数cmという大きさになる事を前提としている。光学的手法によるミリ波帯加速管としては、様々な形状が考えられるが、ラグビーボール型はミリ波帯の加速管として非常に良い候補であると考えており、この空洞の検討から始めた。空洞は波長に比べて非常に大きいため、従来の基本モードの空洞に比べるとシミュレーションに大量の演算と記憶領域が必要である。従って3次元での電磁波計算を複数のPCによる並列計算を用いて、共振器のQ値や、ビームによる誘起波の検討を行った。
このシミュレーションに基づいて低電力測定を行うためのラグビーボール型及びパラボラ型のミリ波共振空洞の製作を行い、それらの低電力測定を行った結果シミュレーション通りの周波数にて共振が確認できた。また、これらの空洞は位相速度が任意であるという特徴があり、これを利用して低エネルギーであるが電子ビームを通して、電磁波の蓄積を試みた。
さらに、ミリ波を蓄積・制御するデバイスとして近年光学分野で研究が盛んなフォトニック構造は非常に有効であり、これらを利用した空洞等のシミュレーションを行った。なおミリ波帯ではフォトニック構造による共振空洞もエッチングや3次元造形などで容易に製造可能である。この製造技術の検討を行い、簡易な構造体を製作して低電力測定を行っている。