2023 Fiscal Year Annual Research Report
高効率大強度陽子ビーム加速に向けたTE211モード複合加速構造単空洞リニアックの研究
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23H03668
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
池田 翔太 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (10845746)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林崎 規託 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (50334537)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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| Keywords | 陽子リニアック / 小型加速器中性子源 / イオンビーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、4ベインRFQ線形加速器とダブルIH-DT線形加速器を組み合わせた、TE211モードSHCリニアックを考案し、低エネルギー領域の大強度陽子ビーム加速における優位性について明らかにすることを目的としている。
今年度は、TE211モードSHCリニアック原理実証機の開発に向けて、電磁場シミュレーションソフトウェアと粒子軌道計算コードを用いた設計検討を開始した。具体的には、TE211モードSHCリニアックにおいて、50mAの陽子ビームを2.5MeVまで加速可能かの見通しを得るため、RFQセクション、DTセクション各々における粒子軌道計算をおこなった。RFQセクションでは、RFQビームデザインコードを用いて陽子ビームを900keVまで加速するセルパラメータをデザインした。
DTセクションでは、高い電力効率を維持しつつ50 mA以上の大強度陽子ビームを加速するため、KONASをビーム加速法として採用した。そのため、DTセクションの構成は、上流側からトリプレット四重極電磁石・リバンチセル・加速セル（同期位相：0度）となっている。具体的な計算手順は、KONAS加速法によるドリフトチューブテーブルを作成し、電場シミュレーションソフトウェアにより解析した電場分布データを用いて３次元粒子軌道計算コードでDTセクションにおけるビーム挙動を計算した。以上の計算において、トリプレット四重極電磁石の磁場勾配や、リバンチセルのセル数、加速セルへの入射条件を調整することで50 mAの陽子ビームが加速される結果が得られた。
RFQセクションとDTセクションを組み合わせた空洞全長は1740mmとなり、これをもとに作成したCADモデルを用いた３次元電磁者シミュレーションにより、加速に用いる共振モード（TE211モード）が励振されることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
今年度はTE211モードSHCリニアックのビーム軌道計算を中心におこない、本研究の目標値である、50 mAの陽子ビームが加速可能である見通しが得られた。しかし一方で、加速空洞の電磁場解析やデザインについては未だ十分に実施することが出来ていない状況である。これは、今年度は研究代表者の所属機関変更に伴い、計算環境の再構築等といった想定外の作業が生じたことが要因として挙げられる。これらの点を総合的に評価した結果、やや遅れていると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度では、TE211モードSHCリニアックの空洞デザインに取り組んでいく。具体的には、ビームデザインから要求される電磁場分布の磁場分布を満たすように、空洞内径や電極形状、エンドカット、チューナー挿入量等をデザインする。以上の空洞デザインを効率的に進めるため、精密金属加工メーカーとの協議をデザインの早い段階からおこなっていく予定である。
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