低温フォトニックアシスト常伝導空洞による高電界・高Qを兼ね備えた新領域電子加速管

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22684010
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 吉田 光宏 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 (60391710)
• Keywords: 加速器 / フォトニック構造

Research Abstract

本研究は液体窒素温度で10^7程度のQ値が得られる、フォトニックアシスト常伝導加速空洞の開発を目的としている。開発課題としては、低損失誘電体の材質の検討、フォトニック構造の形成方法、フォトニック構造の配置、単空洞での高電界試験を行い、このフォトニックアシスト常伝導加速空洞が超伝導空洞と代替可能で、さらに常伝導加速管並みの非常に高い電界が得られる事を実証し、最終的には量産を見据えた製造方法の検討を行っていく事が目標である。
初年度は、フォトニック空洞の材質の低温での誘電損失の評価及び空洞の測定のための冷却チェンバーを設計・製造した。さらにフォトニック構造のための低損失誘電体の材質及び、形成方法、配置などの検討・試験を行った。
低損失誘電体の材質評価:液体窒素温度で10^<-7>程度の誘電損失を得るには高純度アルミナや、他の物質でも十分な低損失になる物質は存在する。フォトニック空洞を形成するには誘電率の高い物質程フォトニックの層数が少なくて済む。いくつかの候補物質について粉末を焼結した物と、いくつかのサンプル材料を入手し、誘電損失の比較測定を行った。
フォトニック構造の形成方法:フォトニック構造の形成方法は材質によるが、高純度アルミナであれば通常の焼結で形成できる。フォトニック構造を分割し、焼結前に機械加工もしくはプレスで形成できコストも安い。
フォトニック構造の配置の決定:誘電体航跡場加速用のチューブ型の空洞をフォトニックにも取り入れる事で、より簡単な構造で本研究のフォトニック空洞が構成できる事が分かり、シミュレーションにより検討を行った。