直接プラズマ入射法による大強度高電荷重イオンビームの生成と加速に関する研究

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25790075
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 田村 潤 独立行政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, 研究員 (90647017)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 重イオンビーム

Outline of Annual Research Achievements

重イオン加速ではその初段部において、いかに高密度かつ高電荷のイオンを生成し加速するかが重要な課題となっており、本研究では、高密度のレーザープラズマをRFQ線形加速器に直接入射させることによってこの問題を解決する。大強度かつ高電荷の重イオンビーム生成を目的として、平成25年度に引き続き米国ブルックヘブン国立研究所にて、高出力のピコ秒レーザーを用いたプラズマ生成実験を行った。まず最初に、照射面積を調整するための可動型光学レンズを備えたレーザー標的チェンバー及び光学装置の再組み立てを行った。これによりレーザー照射条件を大きく変化させてプラズマ生成実験を行うことが可能となった。静電分析器を用いてイオンの価数分析を行い、レーザー照射条件と生成プラズマの密度、価数分布について調べた。鉄ターゲットを用いた実験では22価の鉄イオンを生成し、これまでのナノ秒レーザーによるプラズマ生成時より高電荷のイオン生成が可能であることを確認した。また、直接入射法によるRFQ加速実験の環境整備も行った。具体的には、RFQに隣接するイオン源チェンバーの組立、ビーム軌道解析によるRFQ後段の価数分析ラインの設計と組立を行った。
また平成26年度中に、原子力機構にて専用のRFQ電極を設計し、製作まで完了させた。直接入射法では低エネルギービーム輸送部がないために、RFQ線形加速器中のビーム透過効率がイオン引き出し電極構造つまりRFQ電極形状に大きく左右される。レーザープラズマの生成・分析実験から予想されるRFQ入射イオン電流量を考慮し、最適な入射を実現するRFQ電極パラメーターを決定した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

平成26年度中に直接入射法を用いた加速実験を行う計画であったが、レーザープラズマの生成実験及び直接入射法による加速実験の環境整備に時間を要したため、加速実験まで行うことができなかった。しかし、本研究で用いるRFQ電極の製作は完了し、加速実験環境の構築はほぼ完了しているため、この遅れは次年度で取り戻すことができる。

Strategy for Future Research Activity

ピコ秒レーザーを用いたプラズマ生成実験により、これまでより高電荷のイオン生成が可能であることを確認することができた。生成プラズマの密度が小さいことが課題ではあるが、これを効率良く加速するためのRFQ電極の設計と製作は完了している。また、加速実験を行うためのイオン源部及びRFQ後段分析ラインの組み立てもほぼ完了している。今後は米国ブルックヘブン国立研究所にて、製作したRFQ電極を既存のRFQ空洞に設置し、重イオンビームの加速実験を行う。

Causes of Carryover

製作したRFQ電極の物品購入費差額とレーザープラズマ生成実験に伴う旅費差額により、次年度使用額が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

直接入射法を用いた大強度高電荷重イオンビームの加速実験を米国ブルックヘブン国立研究所にて行うための旅費及び、研究の成果を国際会議にて発表するための旅費に使用する。