2013 Fiscal Year Annual Research Report

不安定核研究の精密化に向けたＭＲＦＱクーラー・バンチャーの開発

Research Project

Project/Area Number	24340057
Research Institution	Rikkyo University
Principal Investigator	栗田和好立教大学, 理学部, 教授 (90234559)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	菊池崇志長岡技術科学大学, 工学部, 准教授 (30375521) 若杉昌徳独立行政法人理化学研究所, 仁科研究センター, 実験装置開発室長 (70250107) 榎園昭智立教大学, 理学部, 助教 (20638118)
Project Period (FY)	2012-04-01 – 2015-03-31
Keywords	イオンクーラー / バンチャー / 放射線 / 加速器 / 原子・分子 / 電子散乱 / 四重極トラップ
Research Abstract	本研究の目的はISOLなどで作られる低速の不安定原子核イオンビームを蓄積および冷却するための、超高真空環境で動作するイオンビームクーラー・バンチャーを開発することである。これは、不安定核研究の精密化を実現すること、また、不安定核イオンの再加速のためのイオン源等に応用することを目指している。加速器等においては、超高真空環境こそが決定的な性能を与える場合が多く、世界に普及しているバッファガス法はその条件を満たさない。本研究では従来のRFQトラップに、Multi-Frequency RFQ（MRFQ）という新しいアイデアを導入することにより冷却蓄積を目的とする重イオンと軽いイオンを一台のRFQに同時に蓄積し、しかも各RF電圧操作によってそれぞれのイオンの蓄積量を容易に制御できる。平成２５年度はMRFQクーラーバンチャーの真空槽および電極系の配線や制御用電源、スイッチ等の組み込みが終わり装置が完成した。また、singleRFQでのイオントラップのコミッショニングを進めた。当初ガスを電子銃でイオン化してRFQに閉じ込める手法を予定していたが、電子銃の入手に時間を要し当該年度に実現困難であることが判明したため、Naの含浸表面電離型イオン源を当面使うことにした。まず、イオン源から引き出してアインツェルレンズで絞ったイオン流を四重極部に導入し、singleRFの有無でトラップ部前後に配置したファラデーカップの電流量の比によって透過効率を調べた。その結果イオンの透過効率はイオンのエネルギーに依存し、低エネルギーほど高い効率が得られる。3eVまで極端に下げたとき７０％ほどが透過することの確認が得られた。今後、（１）トラップ時間の測定（２）２種のイオンの同時トラップの確認（３）重イオンのクーリング効率と収量の最適化に焦点を絞り、R&Dを完了させる予定である。成果発表も次年度の課題である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 研究計画の段階では四重極電極が設置された真空チェンバーを設計、製作し、イオンが高周波によりトラップされ、軽イオンによる冷却効果を確認する予定であった。実際には四重極電極及び真空チェンバーの製作が終了し、テストを行うのに十分良い真空が達成でき、singleRFQによるイオンの透過度を確認できたところである。RFQオフでは２％（バックグラウンドレベル）の透過効率がRFQオンで７０％まで向上することが確認され、イオントラップとしての性能を確立できたことは大きなステップである。R&Dのペースとしては少々遅れ気味ではあるが、２種のイオンのトラップの確認とクーリング性能の確認は平成２６年度中には完了できると考えられるため、本研究はおおむね順調に進展していると評価できる。
Strategy for Future Research Activity	RF系の装置の整備が不十分なため、今後他の資金を確保しつつ高周波源等の増強をはかっていく予定である。なお、以下の項目は平成２６年度中に本研究でその可否を判断することが必須である。（１）トラップ時間の測定（２）２種のイオンの同時トラップの確認（３）重イオンのクーリング効率と収量の最適化に焦点を絞り、R&Dを完了させる予定である。なお、本研究で開発されるMRFQ手法は実現されればこの分野における標準的手法となりうるような大きな成果が期待される。当初の目標である重イオンの冷却とバンチ化が達成されなかった場合は、少なくともその原因を究明し、次の改善案を提案していきたい。
Expenditure Plans for the Next FY Research Funding	RFQによるイオントラップのR&Dにおいて、RF系の装置の不備が判明しつつあり、テストの進展を待って効率的にRF機器、装置の増強をはかっていきたいと考えているためである。真空槽および電極群の購入が終わり、最終年度は消耗品および成果発表のための旅費などに予算を配分していたが、研究の進展とともに必要機器などが判明し、予算執行の最適化をはかっている。現段階で必要性が新たに見出されたものとしては、複数周波数を重ね合わせて出力できる高周波源とRFモニターである。平成２６年度の予算額で不足の場合は他の研究費の導入も考慮している。