2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of hybrid permanent magnet multipole for intense beam transportation
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21K17996
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
不破 康裕 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, 研究職 (00817356)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ビーム物理学 / 量子ビーム / 永久磁石 / 大強度ビーム / 加速器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
量子ビームの大強度化における課題の一つである空間電荷効果によるビーム品質低下を抑制する手法として、多重極磁場成分の複合的印加によるビーム輸送が提案されている。本研究では、この方式によるビーム輸送を実験的に実証するため、永久磁石を用いた機能結合型多重極磁気デバイスを開発した。3年間の研究期間において、空間電荷効果の抑制を実現する機能結合型多重極磁石のプロトタイプを設計製作し、発生する磁場分布を評価及び数値計算による輸送シミュレーションを実施した。本研究で提案した多重極磁石は、省スペースで強力なビーム集束力を確保するために永久磁石を使用することとし、集束磁場の主成分となる4極磁場に加えて空間電荷効果によるビーム発散力を補正するための8極磁場成分を同時に発生させることができる構造とした。また、8極磁場による空間電荷効果の補正をビーム試験で実証するためには、4極磁場成分を変化させることなく8極磁場成分の強度を変調させる必要があった。そのため、プロトタイプ磁石の磁気回路は、4極磁場を発生させる永久磁石と8極磁場を発生させる永久磁石を分けた構造として設計し、8極磁場を発生させるための磁石材料にはそれらを回転させて強度を変調する機構を導入して製作した。製作したプロトタイプ磁石に対して基礎的な磁場測定を実施し、4極成分を十分な強度で発生できること及び8極成分を必要な強度範囲で変調可能であることを検証した。また、測定により得られた磁場を用いて数値計算によるビーム輸送シミュレーションを実施し、8極磁場の印加によるエミッタンス増大の抑制を検証し、ビーム輸送系としての性能を評価した。
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