2021 Fiscal Year Research-status Report
Developments for muon acceleration with cyclotron resonance
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21K18630
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| Keywords | ミューオン / サイクロトロン共鳴 / イメージング / 加速 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的はサイクロトロン共鳴原理によるミューオン加速の原理実証を行うことである。この技術が実現すれば、ほぼ静止したミューオンをほぼ光速度まで加速するために、現行の約40メートルから数メートルへ加速器を小型化することができる。持ち運び可能な小型の加速ミューオンビーム装置ができれば、これまで宇宙線ミューオンで行われきた透視イメージングを凌駕する高精度・短時間でのミューオンイメージング分野が開拓できる。
サイクロトロン共鳴原理では、一様磁場中でのサイクロトロン運動と横方向電場を持つTEモードなどの高周波電場を同期させることで粒子を加速する。通常の加速器で用いられる進行方向に加速電場を持つ空洞では1MW以上の運転実績を持つものは少なくないが、放電やローディングによるパワーロスを防ぐには表面処理やコンディショニング運転が必要となる。一方で、サイクロトロン共鳴加速に用いる空洞は進行方向に垂直な方向の電場を加速に利用するもので、このような空洞で1MW以上の大電力を投入した例はない。そこで、実際に空洞を製作して大電力試験を行う。
今年度は加速ビームダイナミクスシミュレーションと空洞設計を行った。
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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
ビームダイナミクスシミュレーションによって空洞の周波数、電力、磁場と加速で到達できるエネルギーを定量的に評価し、製作にむけた空洞パラメータを決定することができた。当初の予定では空洞製作にむけた材料手配まで行う予定であったがコロナの影響で遅延を余儀なくされた。一方で、ミューオン加速によって得られるミューオンビームを用いたイメージングについてシミュレーションを用いて評価し、短時間で宇宙線ミューオンを凌駕する分解能の透過イメージングが得られることを実証した(OSA Imaging and Applied Optics Congress 2021、IPAC2021 contributed oralなどで発表)。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究結果から、周波数や電力などの空洞パラメータは決定している。これに基づいて空洞製作にむけた詳細設計を完了し、空洞を製作する。製作後は大電力印加に必要なカプラー空洞等の検討を行い、目標パワーまでの大電力試験を実施する。
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| Causes of Carryover |
ビームダイナミクスシミュレーションによって空洞の周波数、電力、磁場と加速で到達できるエネルギーを定量的に評価し、製作にむけた空洞パラメータを決定することができた。当初の予定では空洞製作にむけた材料手配まで行う予定であったが、コロナの影響で材料手配が遅れ年度内手配が難しく遅延を余儀なくされた。2021年度に確立した設計に基づき2022年度に空洞の製作を行う。
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