| Project/Area Number |
23K25136
|
|---|
| Project/Area Number (Other) |
22H03882 (2022-2023)
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 80040:Quantum beam science-related
|
|---|
| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
佐藤 大輔 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (40780086)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林崎 規託 東京科学大学, 科学技術創成研究院, 教授 (50334537)
小川 博嗣 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (60356699)
吉田 光宏 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 (60391710)
黒田 隆之助 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ付 (70350428)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2026-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
|
| Budget Amount *help |
¥16,770,000 (Direct Cost: ¥12,900,000、Indirect Cost: ¥3,870,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
|
|---|
| Keywords | 誘電体加速 / 高誘電率セラミックス / DAA管 / 誘電体加速管 / 高誘電率誘電体 / DLC / 誘電体アシスト型加速管 / 二次電子放出係数 / セラミック / 高周波加速管 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
現在の常伝導加速管では達成困難な高い電力効率を有する電子線形加速器の実現を目指し、誘電体アシスト型加速管（Dielectric Assist Accelerating structure, DAA管）の高性能化と実用化に向けた種々の研究開発に取り組む。本研究では、申請者らが独自に考案したDAA管に対して、新たに高誘電率セラミックスの適用や低二次電子放出係数物質による保護膜技術等を複合的に適用することで、これまで以上の高電力効率と高電界加速を両立する高周波加速管の実現を目指す。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、既存の金属加速管における加速管性能の限界を超える電子加速技術として、高誘電率誘電体の高い電磁場蓄積能力と(DLC等の低二次電子放出係数保護膜技術を用いた誘電体アシスト型加速管（Dielectric Assist Accelerating structure, DAA管）を新たに提案し、既存の常伝導加速空洞の10倍以上高い電力効率を実現しつつ、高加速電界が励振可能であることを実証することを目的とする。
初年度並びに２年目に重点的に取り組んできた、DAA管に適した高誘電率誘電体材料の探索によって有望性を見出した、比誘電率が30 ~ 45程度のセラミックスを用いたDAA管の設計・開発を重点的に行った。２０２４年度は、これまで整備を進めてきたDAA管用電子ビーム加速試験設備での試験に向けて、電子加速を想定した高誘電率誘電体材料を用いたDAA管の設計・開発に取り組んだ。まずセラミックスの精密加工可能性を検証するため単セルDAA管を開発し、ベクトルネットワークアナライザを用いた低電力試験による加速管性能評価を実施した。その結果、DAA管に使用する誘電体材料の精密な機械加工に成功し、目的とするDAA管の加速モードであるTM02モードの共振を観測することに成功した。また、ビーム軸上から対向するようにアンテナを挿入し、その共振特性より無負荷Q値を測定し、おおよそ設計通りの高いQ値が得られた。当該セラミックス材料は、これまで使用してきた比誘電率10前後のセラミックスに比べて、母材製作時の比誘電率のばらつきが大きく、DAA管としたときに共振周波数の設計値からずれが大きくなるという傾向が新たな知見が得られた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
２０２４年度は、比誘電率が30 ~ 45程度の高誘電率セラミックス材料を用いたDAA管の設計・開発に取り組んだ。開発の結果、高誘電率セラミックス材料の精密機械加工に成功し、DAA管用誘電体セルの製作方法に関しては、おおよそ目途がついた。また、当該方法によって製作した誘電体セルを用いて、高周波共振特性を詳細に評価した結果、目的とするDAA管の加速モードであるTM02モードの共振を観測することにも成功した。また、ビーム軸上から対向するようにアンテナを挿入し、その透過特性より無負荷Q値を測定し、おおよそ設計通りの高いQ値が得るまでに至った。しかしながら、当該セラミックス材料は、母材製作時の比誘電率のばらつきが大きく、DAA管としたときに共振周波数の設計値からずれが大きくなるという新たな課題も出てきた。上記の課題は、複数のDAA管を製作し、その高周波特性を精密に評価することでやっと明らかになってきた課題であり、それにより大幅な時間を要し、DAA管の高電界試験・ビーム加速試験までには至らなかった。以上の点を総合的に評価した結果、やや遅れていると判断した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
2025年度は、2024年度実施した高誘電率セラミックス材料を用いたDAA管の設計・開発・低電力試験での知見を活かして、マルチセルのDAA管の開発に取り組む。2024年年度の研究過程で、高誘電率セラミックス材料でDAA管誘電体セル用母材を製作すると、母材ごとに比誘電率のばらつきが大きく、DAA管誘電体セルに加工したときに共振周波数が設計値から大きくずれるという新たな課題が出てきた。そこでこの課題に対応するためにセル用母材の誘電特性を個々に測定し、それに合わせた誘電体セル構造を設計し、DAA管へと組み上げていく方法でマルチセルDAA管の開発を進めていく計画である。そのため、従来の想定よりも母材の高周波測定評価及びその測定結果を踏まえたDAA管の高周波設計の微調整が追加で必要となってくる。そのため、セル用母材の誘電特性を評価するための空洞共振器を設計・開発が研究項目で必要追加となる。しかしながら、研究代表を含め分担者の多くは高周波加速空洞の開発実績を多く積んでいるため、問題なく速やかに実施可能であると考えている。また、マルチセルDAA管のおおよその概念設計はできているため、上述の母材の誘電特性が得られたらすぐにDAA管の設計にフィードバックし、速やかにマルチセルDAA管の開発を開始する。DAA管の製作後はベクトルネットワークアナライザにて低電力試験を行い、設計通りの高周波特性が得られていることを確認する。その後、C-band DAA管テストベンチに搭載し、RFエージングを行った後に最終的にはDAA管によるビーム試験まで実施する計画である。
|
