2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of the underlying technology for realization of energy saving, high intensity compact accelerator with 30 % energy efficiency for RI production
Project/Area Number |
20H04454
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Research Institution | Osaka University |
Principal Investigator |
福田 光宏 大阪大学, 核物理研究センター, 教授 (60370467)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中尾 政夫 群馬大学, 重粒子線医学推進機構, 助教 (20791792)
伊藤 正俊 東北大学, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, 教授 (30400435)
倉島 俊 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, 課長 (50370391)
松田 洋平 甲南大学, 理工学部, 准教授 (50569043)
涌井 崇志 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子医科学研究所 物理工学部, 室長 (70359644)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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Keywords | サイクロトロン / イオン源 / エネルギー効率 / 空間電荷効果 / 高温超伝導コイル / 超伝導加速空洞 / 永久磁石 / 荷電変換フォイル |
Outline of Annual Research Achievements |
高温超伝導REBCO線材を用いたECRイオン源の開発においては、試作した3個の円形ミラーコイルと6個のレーストラック型六極コイルを組み合わせて3次元的に配置したアセンブリを製作し、液体窒素を用いた77K の低温下での複合同時励磁試験を実施した。3個のミラーコイルを直列に接続した状態で最大140A程度まで、6個の六極コイルも直列に接続した状態で最大70A程度まで通電し、片方のコイルが励磁された状態でもう一方のコイルを励磁してもお互いに干渉し合うことはなく、超伝導性能が維持されること、励磁・減磁を繰り返す耐久試験においても超伝導性能が劣化することなく優れた健全性及び再現性を実現できることを実証した。 負イオン源開発においては、加速電圧30kVで3.8mAの重水素負イオンビームをイオン源から取り出してAVFサイクロトロンへ入射させ、半径155mmの位置で100μAの負イオン加速ビームを確認した。さらにグラフェン製の荷電変換フォイルによりサイクロトロンから重陽子ビームを取り出すことにより、25MeVの重陽子ビームを最大50μAのビーム電流で取り出すことに成功した。 ビーム引出系の開発においては、既存のスイッチング電磁石を用いてストリッパーフォイルによる4He1+から4He2+への荷電変換試験を実施し、荷電変換フォイルの耐久性を高める手法を明らかにした。 エネルギー効率向上の開発では、分離セクター電磁石の間に超伝導共振空洞を配置し、共振空洞表面の高温超伝導材MgB2の厚さを1μm以上確保し、分離セクター電磁石からの漏洩磁束の侵入長を50nm程度に抑制できれば共振空洞を18Kまで冷却することによってサイクロトロンでも超伝導加速空洞が実現しうることを世界で初めて見出した。また、分離セクター電磁石の磁極端部に永久磁石を配置することによって共振空洞への漏洩磁束を最小化する新たな手法も考案した。
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Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Development of ECR ion source with high-temperature superconducting REBCO coils2022
Author(s)
T H Chong, M Fukuda, T Yorita, H Kanda, Y Yasuda, H W Koay, Y Morita, K Takeda, T Hara, M Hisamatsu, H Zhao, A. Ishiyama, S Noguchi, H Ueda, S Fukui, Y Matsubara, Y Mikami, N Takahashi, J Yoshida, T Hirayama, S Nagaya and T Watanabe
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Journal Title
Journal of Physics: Conference Series
Volume: 2244
Pages: 012108-
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Development of high temperature superconducting ECRIS with REBCO coils2022
Author(s)
Tsun Him Chong, Mitsuhiro Fukuda, Tetsuhiko Yorita, Hiroki Kanda, Yusuke Yasuda, Keijiro Takeda, Takafumi Hara, Shotaro Matsui, Atsushi Ishiyama, So Noguchi, Hiroshi Ueda, Jun Yoshida, Shigeo Nagaya, Tomonori Watabe
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Journal Title
Proc. of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
Volume: 2022
Pages: 418-422
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[Journal Article] Conceptual design of the high temperature superconducting self-shielding type skeleton cyclotron2022
Author(s)
Shotaro Matsui, Mitsuhiro Fukuda, Tetsuhiko Yorita, Hiroki Kanda, Yusuke Yasuda, Keijiro Takeda, Takafumi Hara, Tsun Him Chong, Atsushi Ishiyama, So Noguchi, Hiroshi Ueda, Jun Yoshida, Shigeo Nagaya, Tomonori Watanabe
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Journal Title
Proc. of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
Volume: 2022
Pages: 716-720
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[Journal Article] Numerical simulation of low energy beam transportation for a high-power compact cyclotron2022
Author(s)
Nobuhiro Yamasaki, Yohei Matsuda, Masatoshi Itoh, Satoshi Adachi, Kohei Hattori, Shohei Yonekura, Tsutomu Shinozuka, Mitsuhiro Fukuda, Hiroki Kanda, Tetsuhiko Yorita, Keijiro Takeda, Takafumi Hara, Satoshi Kurashima, Nobumasa Miyawaki, Takashi Wakui, Masao Nakao
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Journal Title
Proc. of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
Volume: 2022
Pages: 282-285
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[Journal Article] Status of the development of a testbench for the cyclotron autoresonant accelerator2022
Author(s)
Takafumi Hara, Mitsuhiro Fukuda, Hiroki Kanda, Tetsuhiko Yorita, Keijiro Takeda, Tsun Him Chong, Tsutomu Shinozuka, Masatoshi Ito, Satoshi Kurashima, Nobusaki Miyawaki, Takashi Wakui, Masao Nakao, Yohei Matsuda
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Journal Title
Proc. of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
Volume: 2022
Pages: 511-513
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[Journal Article] Simulation of the beam trajectory in the cyclotron accelerator incident system at CYRIC for high power negative ions acceleration2022
Author(s)
Kohei Hattori, Masatoshi Itoh, Satoshi Adachi, Shohei Yonekura, Tsutomu Shinozuka, Kanako Komma, Hiromu Hayashi, Genki Hosoya, Shumpei Yamazaki, Yohei Matsuda, Nobuhiro Yamasaki, Mitsuhiro Fukuda, Hiroki Kanda, Tetsuhiko Yorita, Masao Nakao, Satoshi Kurashima, Nobumasa Miyawaki, Takashi Wakui
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Journal Title
Proc. of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
Volume: 2022
Pages: 517-520
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[Journal Article] High-temperature superconducting cavity design for improving energy efficiency of cyclotron2022
Author(s)
Keijiro Takeda, Mitsuhiro Fukuda, Hiroki Kanda, Tetsuhiko Yorita, Tsutomu Shinoduka, Masatoshi Ito, Satoshi Kurashima, Nobumasa Miyawaki, Takashi Wakui, Masao Nakao, Yohei Matsuda, Yasuyuki Morita, Takaumi Hara, Tsun Him Chong
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Journal Title
Proc. of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
Volume: 2022
Pages: 793-797
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[Journal Article] Status of the new RF cavity for the AVF cyclotron in RCNP2022
Author(s)
Yusuke Yasuda, Mitsuhiro Fukuda, Kichiji Hatanaka, Ryoichi Seki, Shunpei Morinobu, Takane Saito, Tetsuhiko Yorita, Hiroki Kanda, Dai Tomono, Hitoshi Tamura, Keiichi Nagayama, Huiwen Koay, Yasuyuki Morita, Keijiro Takeda, Takafumi Hara, Tsunhim Chong, Hang Zhao, Masaki Kittaka, Shotaro Matsui
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Journal Title
Proc. of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
Volume: 2022
Pages: 836-838
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[Journal Article] Development of ion source control system using bayesian optimization2022
Author(s)
Yasuyuki Morita, Mitsuhiro Fukuda, Tetsuhiko Yorita, Hiroki Kanda, Yusuke Yasuda, Takashi Washio, Yuta Nakashima, Masako Iwasaki, Keijiro Takeda, Takafumi Hara, Tsun Him Chong, Hang Zhao, Masaki Kittaka, Shotaro Matsui
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Journal Title
Proc. of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
Volume: 2022
Pages: 868-871
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[Journal Article] Conceptual design of a high temperature superconducting spectroscopy-type gantry system2022
Author(s)
Hang Zhao, Mitsuhiro Fukuda, Tetsuhiko Yorita, Hiroki Kanda, Yusuke Yasuda, Kichiji Hatanaka, Takane Saitou, Yasuyuki Morita, Keijiro Takeda, Takafumi Hara, Tsun Him Chong, Masaki Kittaka, Shotaro Matsui
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Journal Title
Proc. of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
Volume: 2022
Pages: 981-983
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[Journal Article] Improvement of the brightness of ion sources at RCNP2022
Author(s)
Masaki Kittaka, Mitsuhiro Fukuda, Tetsuhiko Yorita, Hiroki Kanda, Kichiji Hatanaka, Takane Saitou, Hitoshi Tamura, Yusuke Yasuda, Yasuyuki Morita, Keijiro Takeda, Takafumi Hara, Tsum Him Chong, Hang Zhao, Syotaro Matsui
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Journal Title
Proc. of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
Volume: 2022
Pages: 414-417
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[Presentation] REBCOコイルを用いた高温超伝導ECRイオン源の開発2022
Author(s)
Tsun Him Chong, Mitsuhiro Fukuda, Tetsuhiko Yorita, Hiroki Kanda, Yusuke Yasuda, Keijiro Takeda, Takafumi Hara, Shotaro Matsui, Atsushi Ishiyama, So Noguchi, Hiroshi Ueda, Jun Yoshida, Shigeo Nagaya, Tomonori Watabe
Organizer
第19回日本加速器学会年会
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[Presentation] 自己遮蔽型高温超伝導スケルトンサイクロトロンの概念設計2022
Author(s)
Shotaro Matsui, Mitsuhiro Fukuda, Tetsuhiko Yorita, Hiroki Kanda, Yusuke Yasuda, Keijiro Takeda, Takafumi Hara, Tsun Him Chong, Atsushi Ishiyama, So Noguchi, Hiroshi Ueda, Jun Yoshida, Shigeo Nagaya, Tomonori Watanabe
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第19回日本加速器学会年会
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[Presentation] 高強度小型サイクロトロンの実現に向けたLEBTの研究2022
Author(s)
Nobuhiro Yamasaki, Yohei Matsuda, Masatoshi Itoh, Satoshi Adachi, Kohei Hattori, Shohei Yonekura, Tsutomu Shinozuka, Mitsuhiro Fukuda, Hiroki Kanda, Tetsuhiko Yorita, Keijiro Takeda, Takafumi Hara, Satoshi Kurashima, Nobumasa Miyawaki, Takashi Wakui, Masao Nakao
Organizer
第19回日本加速器学会年会
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[Presentation] 自動サイクロトロン共鳴加速法を用いた陽子加速器のテストベンチ開発状況2022
Author(s)
Takafumi Hara, Mitsuhiro Fukuda, Hiroki Kanda, Tetsuhiko Yorita, Keijiro Takeda, Tsun Him Chong, Tsutomu Shinozuka, Masatoshi Ito, Satoshi Kurashima, Nobusaki Miyawaki, Takashi Wakui, Masao Nakao, Yohei Matsuda
Organizer
第19回日本加速器学会年会
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[Presentation] 東北大CYRICにおける大強度負イオン加速に向けたサイクロトロン加速器入射系のビーム軌道計算2022
Author(s)
Kohei Hattori, Masatoshi Itoh, Satoshi Adachi, Shohei Yonekura, Tsutomu Shinozuka, Kanako Komma, Hiromu Hayashi, Genki Hosoya, Shumpei Yamazaki, Yohei Matsuda, Nobuhiro Yamasaki, Mitsuhiro Fukuda, Hiroki Kanda, Tetsuhiko Yorita, Masao Nakao, Satoshi Kurashima, Nobumasa Miyawaki, Takashi Wakui
Organizer
第19回日本加速器学会年会
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[Presentation] サイクロトロンの高エネルギー効率化に向けた高温超伝導加速空洞の物理設計2022
Author(s)
Keijiro Takeda, Mitsuhiro Fukuda, Hiroki Kanda, Tetsuhiko Yorita, Tsutomu Shinoduka, Masatoshi Ito, Satoshi Kurashima, Nobumasa Miyawaki, Takashi Wakui, Masao Nakao, Yohei Matsuda, Yasuyuki Morita, Takaumi Hara, Tsun Him Chong
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第19回日本加速器学会年会
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[Presentation] RCNP AVFサイクロトロン新RF共振器立ち上げの現状2022
Author(s)
Yusuke Yasuda, Mitsuhiro Fukuda, Kichiji Hatanaka, Ryoichi Seki, Shunpei Morinobu, Takane Saito, Tetsuhiko Yorita, Hiroki Kanda, Dai Tomono, Hitoshi Tamura, Keiichi Nagayama, Huiwen Koay, Yasuyuki Morita, Keijiro Takeda, Takafumi Hara, Tsunhim Chong, Hang Zhao, Masaki Kittaka, Shotaro Matsui
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第19回日本加速器学会年会
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[Presentation] ベイズ最適化を用いたイオン源制御手法の開発2022
Author(s)
Yasuyuki Morita, Mitsuhiro Fukuda, Tetsuhiko Yorita, Hiroki Kanda, Yusuke Yasuda, Takashi Washio, Yuta Nakashima, Masako Iwasaki, Keijiro Takeda, Takafumi Hara, Tsun Him Chong, Hang Zhao, Masaki Kittaka, Shotaro Matsui
Organizer
第19回日本加速器学会年会
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[Presentation] 高温超伝導スペクトロスコピータイプガントリーシステムの概念設計2022
Author(s)
Hang Zhao, Mitsuhiro Fukuda, Tetsuhiko Yorita, Hiroki Kanda, Yusuke Yasuda, Kichiji Hatanaka, Takane Saitou, Yasuyuki Morita, Keijiro Takeda, Takafumi Hara, Tsun Him Chong, Masaki Kittaka, Shotaro Matsui
Organizer
第19回日本加速器学会年会
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[Presentation] RCNPイオン源の高輝度化2022
Author(s)
Masaki Kittaka, Mitsuhiro Fukuda, Tetsuhiko Yorita, Hiroki Kanda, Kichiji Hatanaka, Takane Saitou, Hitoshi Tamura, Yusuke Yasuda, Yasuyuki Morita, Keijiro Takeda, Takafumi Hara, Tsum Him Chong, Hang Zhao, Syotaro Matsui
Organizer
第19回日本加速器学会年会