ＦＦＡＧ加速質量分析法の確立と12Ｃ＋α天体核反応研究への応用

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26400294
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 池田 伸夫 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70193208)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 粒子測定技術 / FFAG加速器 / 天体核反応 / 不安定核分離収集

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、九州大学FFAG加速器を用いたインビームFFAG加速による核反応生成核種のインビーム質量分離法を開発し、特定粒子を高効率・高純度で分析収集する新たな技術を確立することを目標とする。本手法の有用性の確認および天体核反応12C(α,γ)16OのE1遷移強度の最終決定のため、本手法を16Nのベータ遅延アルファ連続スペクトル測定に適用する予定である。このインビームFFAG加速は加速器としては桁外れに大きな角度アクセプタンス、エネルギーアクセプタンスを有するFFAG加速器をもってはじめて可能となる技術である。
本研究２年目にあたる平成27年度においては、核反応生成不安定核のインフライトFFAG加速において大きな障壁になる共鳴現象を避け、高効率での不安定核加速が実現できるよう、ベータトロンチューンの制御手法を確立することを主目的に研究を進めた。大きな広がりを持った不安定核の加速においては弱い高次共鳴でも深刻なビーム損失を引き起こす可能性がある。本研究において、電磁石に追加磁極を設置・最適化することにより垂直方向のチューンを制御し、FFAG加速器本来の特徴である零色収差を実現できることを見出し、追加磁極の設計、製作、実装を行なった。また水平方向のチューン制御についても、追加コイルの設置で制御できる見通しを得、追加コイルの基礎設計を実施した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究において大きな障害となる可能性が高い共鳴現象を避けるため、FFAG加速器のチューン制御について研究を進め、共鳴を横切らずほぼ一定のチューンで加速する手法を計算により見出した。その結果に基づき、FFAG加速器電磁石の磁場を補正する追加磁極の設計・製作・実装まで実施しており、平成２７年度当初に全体の研究計画に則って立てた具体的計画通りの進捗状況である。

Strategy for Future Research Activity

FFAGシンクロトロン加速器による16N加速実験を進める。FFAGシンクロトロンは水平方向に広いアクセプタンスを有するが、それに比して垂直方向のアクセプタンスはそれほど大きくはなく、垂直方向のチューンを制御することが高効率加速の鍵となる。平成27年度に製作・実装した磁場補正磁極の効果をまず陽子ビーム加速により確認し、磁場補正の最適化による加速中のチューン変化の最適化を行う。
16Nは崩壊に際し69％という高い確率で6.13 MeVのガンマ線を放出する。16Nビームの加速実験において、1次ビームをパルス運転により供給し、1次ビームOFF時に6.13 MeVガンマ線を測定してやれば、FFAGシンクロトロンから取り出した16Nは比較的容易に観測できる。しかし加速中の16Nビーム強度の測定は困難であり、不安定核加速の診断、最適化に不安が残る。陽子など安定核の加速実験の知見を最大限に活かした最適化手法の確立が必要不可欠である。
FFAG加速器による不安定核加速は世界初の試みであり、その手法を模索し確立することがこの課題の大きな目標である。

Research Products

• [Presentation] FFAG加速器のチューン制御手法に関する研究 (2016)
  • Author(s): 本橋 直也, 有馬 秀彦, 池田 伸夫, 米村 祐次郎, 高木 昭, 中山 久義, 森 義治, 沖田 英史, 上田 光貴, 黒岩 健宏
  • Organizer: 日本原子力学会２０１６年春の年会
  • Place of Presentation: 東北大学川内キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-26 – 2016-03-28