2015 Fiscal Year Research-status Report
極低温イオンビームの新奇秩序化状態の解明とクリスタルビームの生成に関する研究
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26400299
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
百合 庸介 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 高崎量子応用研究所 放射線高度利用施設部, 副主任研究員 (90414565)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ビーム冷却 / イオンビーム / レーザー冷却 / 秩序化 / クリスタルビーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
蓄積リングにおいて強く冷却されたイオンビームに見られる秩序化状態の特性を明らかにするため、理論的及び実験的研究を引き続き行った。
理論的研究では、リングの動作点（ベータトロンチューン）の影響等に着目し、イオンビームのレーザー冷却による秩序化状態の形成に関する分子動力学シミュレーションを実施した。冷却ビームの共鳴不安定化を避ける条件（1周期あたりのチューンが0.354未満）が成立する複数の動作点において、1E4ions/m台の線密度を有するMgイオンビームがレーザー冷却の完了後に3次元的な構造を呈することが分かった。いずれも、断面構造はシェル状であり、ビーム中心軸の周りで個々のイオンが規則的に回転するものであった。そのようなビームの相状態を評価するため、形成された秩序化状態についてクーロン結合定数を求めた。縦方向の運動は強く抑制されており、結合定数は100程度と大きく、状態は液体相にあることが示唆された。一方、横方向については、回転運動のためチューンが有限であり、縦方向に比べて2桁以上小さな値に留まった。ビームは平衡状態にあることから、結合定数は回転運動の寄与を差し引いて評価することにより、縦横で同程度の値となると考えられる。
実験的研究では、秩序化したビームの断面構造を簡便に計測する手法の原理検証実験を原子力機構高崎研のイオン照射研究施設TIARAにおいて行った。1μm程度に集束された3MeV陽子ビームを走査してラジオクロミックフィルムに照射することで、秩序化ビームの断面構造を模擬した。直径約40、80、120μmの同心円等を描画し、照射済みフィルムを数1000dpiの設定解像度を有するスキャナで読み取った。円の輪郭を観測することができたが、複数の同心円を分離するには至っておらず、フルエンスの最適化や読み取り方法の検討が必要である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
理論的研究では、分子動力学シミュレーションにより明らかにした秩序化ビームの特性について国際会議で発表するとともに論文化した。実験的研究では、ラジオクロミックフィルムへのマイクロビーム照射実験に着手した。シミュレーション結果の解析及び実験データの評価法に課題が見つかったものの、実施計画におおむね沿ったものであり、ほぼ順調に進められていると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
理論的研究では、ビームの相状態を正しく評価する解析方法を考案するとともに、シミュレーションにより秩序化状態から結晶化状態へと遷移させる手法を検討する。また、ラジオクロミックフィルムを用いた秩序化ビーム構造の計測手法については、スキャナによらない別の観測手法を試みる計画である。
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| Causes of Carryover |
計画していた成果発表のための出張を都合により取り止めたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
シミュレーションや実験のための備品や消耗品を購入するとともに、国内外の会議等においてこれまでに得られた研究成果を発表する計画である。
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