International Collaboration using Wideband Cavities for LHC Injector Upgrade
| Project/Area Number |
19KK0078
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
大森 千広 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 教授 (50213872)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長谷川 豪志 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助教 (20553605)
森田 裕一 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助教 (60712700)
田村 文彦 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 J－PARCセンター, 研究主幹 (90370428)
杉山 泰之 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助教 (90789611)
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| Project Period (FY) |
2019-10-07 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | LHC / J-PARC / PSブースター / PS / 金属磁性体ファインメット / 広帯域空洞 / LHC入射器 / ナノ結晶材料 / 磁場中熱処理 |
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| Outline of Research at the Start |
茨城県東海村の大強度陽子加速器施設J-PARCでは世界に先駆けてナノ結晶材料を用いた高周波加速装置(空洞)を開発してきた。磁場中熱処理によって製造された大型のナノ結晶材料コアは高周波での電力損失が少なく、J-PARCの高勾配加速空洞に使用され大強度陽子加速に貢献している。この技術は国外でも高く評価され、広帯域空洞としてスイス・ジュネーブのCERN(欧州原子核研究機構）で稼働中の5つの加速器(2台の陽子加速器、1台のイオン加速器および2台の反陽子減速器）に活用されている。本研究はこれまでの国際共同研究の成果をもとに、更に日欧での国際協力を進めるための共同研究である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々はこれまでCERNのLHC入射器アップグレード計画、特に高周波加速システムに貢献してきた。PSブースター加速器、PS加速器のダンパー空洞、反陽子減速器の減速空洞などCERNのスイスキャンパスで利用されているすべての加速器に我々の技術が生かされている。これまでの成果はCERN Courier、CERN Bulletinの他昨年のCERN一般公開(OD19 ) の紹介動画の中でも日本の貢献として紹介されている。2年間の長期停止後にこれらの加速器が稼働し始めるため、これまでの実績を基にビーム性能向上にむけ一層の国際協力を進めるものである。広帯域空洞を用いて大強度陽子ビームを加速しているJ-PARC 研究者とCERN の加速器研究者が協力し、両者の加速器の性能向上に貢献することを目的としている。
本研究で主な対象となる加速器はPSブースターとPSである。PSブースターはこれまで3種類フェライト空洞が用いられてきたが、装置の老朽化と性能の限界から金属磁性体ファインメットを用いた広帯域空洞に置き換えられた。これにより加速エネルギーは1.4GeVから2GeVに向上し、ビーム強度も倍となる。PSでは結合バンチ不安定性と呼ばれるビームの性能を低下させる現象が観測され、LHCでのルミノシティ向上の障害となっていた。これも広帯域空洞を用いたダンパーシステムと現有40MHz空洞を用いて目標強度を達成することができた。両加速器では長期停止明けから、徐々に試験を開始し、目標強度を目指していく。この過程に日本の研究者が参加するとともに、CERNからもJ-PARC加速器のビームスタディに参加することで相互理解を深め、日欧の加速器性能向上に繋がると期待できる。
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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
2019年度は、研究課題採択後11月にはCERNから結合バンチ不安定性の研究者が滞在した際、最初の共同研究打ち合わせをおこなった。CERN加速器の立ち上げ日程を確認し、日本からの研究者の受け入れについて議論した。12月にCERNにおいて2度目の共同研究打ち合わせをおこない、本研究の目的と研究方針を確認した。この打ち合わせには4名の研究者と1名の大学院生が参加した。更に、より効果的に研究を進めるためにCERN側からも予算措置として、日本の研究者の滞在費負担やCERN研究者の旅費が確保された。これにより、本研究の旅費執行にあたりより効果的に日欧の研究者の交流を進めることができると期待される。
2020年春にCERNが開催を予定していたCERN加速器スクールに日本から2名のRF研究者を本研究費によって派遣する予定であった。しかしながら、欧州におけるコロナウイルスの蔓延状況から、スクールはキャンセルとなった。スクール主催者によれば、コロナウイルスが終息したのちスクールを開催するとのことであり、日程が決まった時点で再度派遣することとした。
物品費としてはCERNで最近使っているUSB接続のベクトルネットワークアナライザ―を購入した。低価格であるが、空洞インピーダンス測定では他のものと同じ測定結果が得られている。空洞開発等に用いる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は旅費として200万円を計上していた。現在のコロナウイルスの影響を鑑みCERN側の共同研究者と相談をおこなった。1年程度は共同研究のための出張が制限される可能性もあるため、かねてから日本で開発していたより性能の優れた金属磁性体ファインメットコアをPSブースターサイズとして制作することを検討している。これは磁性体リボンの厚みを従来の13ミクロンから10ミクロンまで減らすことで高周波特性を改良したものである。CERN加速器の性能向上に向け長期的な視点から、PSブースターやPS以外にもいくつかの応用が考えられる。例えば、現在反陽子減速リングELENAでは100keVまで反陽子を減速し低速の陽電子と結合させて反水素を作っている。ELENAの課題の一つは反陽子のエネルギーであるが、この10ミクロン材を用いることで、より低エネルギーへの減速が可能となり、反水素の収量を増やすことに繋がる。このように、本研究にとって重要な開発要素でもあるため、双方の状況を見ながら検討をすすめる。
またCERNで最近開発された無線通信型の放射線計測器について、LHCでの投入の前に日本での試験が提案されていた。CERNからの担当者の来訪などもコロナウイルスの影響で取り止めとなったが、CERNの閉鎖が解除され準備が進んだ場合人の移動を伴わない形で今秋にJ-PARCでの試験の可能性もある。このための準備等にも物品費を使用する予定である。
コロナウイルスの影響により2020年度の人の往来は制限されるが、これまで通りにメール等で綿密に情報共有し、有効に研究費を投入することで、本研究の目的である日欧の加速器の性能向上への貢献が実現できる。
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Report
(1 results)
Research Products
(8 results)
