ビームラインの多機能化の研究

• 研究課題/領域番号: 07041103
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 学術調査
• 研究機関: 高エネルギー物理学研究所
• 研究代表者: 高崎 稔 高エネルギー物理学研究所, 物理, 教授 (70044782)
• 研究分担者: 西川 公一郎 東京大学, 原子核研究所・中間エネルギー部, 教授 (60198439) ; 中井 浩二 東京理科大学, 理工学部, 教授 (40028155) ; 上蓑 義朋 理化学研究所, 安全管理室, 調査役 (60160339) ; 柴田 徳思 東京大学, 原子核研究所・放射線管理室, 教授 (80028224) ; 村上 哲也 京都大学理学部, 物理学科, 助手 (50219896) ; 酒井 泉 高エネルギー物理学研究所, 加速器, 助手 (30141972) ; 沼尻 正晴 高エネルギー物理学研究所, 放管, 助手 (20189385) ; 三浦 太一 高エネルギー物理学研究所, 放管, 助手 (80209717) ; 野海 博之 高エネルギー物理学研究所, 物理, 助手 (10222192) ; 家入 正治 高エネルギー物理学研究所, 物理, 助手 (50192472) ; 千葉 順成 高エネルギー物理学研究所, 物理, 助教授 (50126124) ; 田中 万博 高エネルギー物理学研究所, 物理, 助教授 (90171743) ; 中村 健蔵 高エネルギー物理学研究所, 物理, 教授 (10011735) ; 今里 純 高エネルギー物理学研究所, 物理, 教授 (40107686) ; 庄司 善彦 高エネルギー物理学研究所, 加速器研究部, 助手 (90196585) ; 吉井 正人 高エネルギー物理学研究所, 加速器研究部, 助手 (00200931) ; 外山 毅 高エネルギー物理学研究所, 加速器研究部, 助手 (30207641) ; 佐藤 晧 高エネルギー物理学研究所, 加速器研究部, 教授 (80100816) ; 伴 秀一 高エネルギー物理学研究所, 放射線安全管理センター, 助教授 (70141976)
• 研究期間 (年度): 1995 – 1996
• 研究課題ステータス: 完了 (1996年度)
• 配分額: 6,200千円 (直接経費: 6,200千円); 1996年度: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円); 1995年度: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
• キーワード: Super-cycle / Multi-function / Nuclear Beam / Polarized Beam / High Intensity Beam / Time Sharing / Neutrino Beam / Beam Line / スーパーサイクル / 多機能化 / 核ビーム / 偏極ビーム / 大強度ビーム / 時分割 / ニュートリノビーム / ビームライン / スーパーサイクル運転 / 速い取り出し / 原子核ビーム / ニュートリノ・ビーム / マグネティック・ホーン

研究概要

本調査の目標は、世界の加速器施設における、スーパーサイクル化を最終目標とする加速器・ビームラインの多機能化運転への取り組みの現状を明らかにし、我々にとって最良の方策を見いだす事である。現在、加速器のスーパーサイクル運転を実現しているのは、世界で唯一スイスのCERNのみである。米国のFermi研究所では反陽子生成用の早い取り出しと衝突型加速器としての運転モードが共存しているが、CERNの技術には及ばない。かつて米国LBLのSuperHILACはBevalacへの入射と独自の実験用のためのビーム加速をミクロな時間分割で実施していたが、両者ともに閉鎖された。また米国LAMPFでは、かつて偏極陽子と大強度陽子の同時加速を実施していたが、LAMPFもまた、近く閉鎖される予定である。数週間程度以上のマクロな時分割モードで高エネルギー核ビーム、偏極ビームと大強度陽子ビームを切り替えている例として米国のAGSがある。また核ビームと偏極ビームのマクロな時分割としてはフランスのSATURNE、ロシアのシンクロファゾトロンがある。AGSは近く核ビーム専用器となる予定であり、SATURNEは本年末に閉鎖される。また旧ソ連邦諸国では、今日の経済状況下で多くの施設が閉鎖に追い込まれつつある。我々はまずCERNの技術を重点的に調査した。Fermi研、AGSなどでも独自の技術的開発が見られ、これらも併せて調査した。またすでに閉鎖された施設、閉鎖予定の施設、旧ソ連邦の施設には、人及び技術の散逸が起こる前に緊急に調査した。また上記施設以外についても、新しい取り組みの情報が得られた場合には積極的に調査を実施した。
調査内容として、当初我々はビームライン制御のみに的をしぼった狭い範囲の調査を予定していたが、調査が進むにつれて実験を含む加速器システム全体の中での多機能化されたビーム輸送という視点でビームラインを捉えなければならない事を痛感した。すなわちビームラインは、加速器からのビームを実験場所まで単に輸送するといった受動的なものではなく、加速器と実験を有機的に結びつけてゆく非常に能動的な存在なのである。結局、我々の調査は各種ビーム加速、取り出し、からビーム輸送、ビーム診断、そしてビームを用いた実験技術、実験プログラムまでを含む比較的に広範囲なものとなった。
我々が今回の調査で発見した成果は「新しい知見」という一言でくくるには困難を覚えるほど、ビームライン技術は多くの「名人の技」に支えられているという事である。今日、先端を走っている研究施設は、こうした「名人」を養成しうるシステムと余裕を有しているように思われる。また、加速器そのものに関連する技術開発は関連の国際会議等で発表される事も多いが、ビームライン関連の開発は、専門の国際会議の組織されていない事もあり、個人的なつてをたよって問い合わせるしか方法が無い。いずれにせよ、最新の情報を入手するためには、実地に現場までこちらから出かけて行く事がぜひとも必要である。また現場は直接視察する事により、論文には載せられる事の無い、ノウハウの類を知る事ができ、これは何よりも大切な事である。また先に述べた加速器及び実験とのビームラインの関連は現場に行って初めて理解出来る事の最大のものの一つである。
調査結果は帰朝報告会、及びビームモニター、測定器、各種研究会等での講演を通じて公表に努めている。また、われわれの調査は期せずしてKEK-PSでの多機能化ビーム運転の現状を、全世界の加速器施設に宣伝する結果となった。その結果逆にKEK-PSでは良質のニュートリノビームが得られる可能性があると判断され、またスーパー神岡という高性能のニュートリノ検出器の完成と時期が重なった結果、KEK-PSと神岡検出器を組み合わせた長基線ニュートリノ振動実験が提案され、全世界規模で実験グループが形成されつつある。また核ビームの加速に関してもすでにインデアナ大学サイクロトロン施設(米国)、ドイツ国立重イオン研究所、ペテルブルグ原子核研究所(ロシア)、高能物理学研究所(中国)などの諸研究所から物理実験を含む、核ビームラインシステムの共同開発研究の提案がなされている。これらはまさに我々の研究が、すでに各国に注目され、その成果が還元されはじめている証拠であろうと認識している。この調査の成果は、今後の我国における加速器を用いた物理実験のみならず、加速器を用いた癌治療などの応用研究にとっても重要な貢献を成すと考えられる。

研究成果

• [文献書誌] Y.Yamanoi, K.H.Tanaka, M.Takasaki et al.: "Develipment of Rediation Posistant Magnet Coils for High Intensity Beam Lines : PartII-completely inurgunic in snlated cuils" IEEE Transactions on Magnetics. 32-4. 2147-2150 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H.Ochiishi, H.Ito, K.Kimura, S.Kouda, T.Murakami et al.: "Application of Bragg-curre countens to a target multifragmen-tation measunements" Nuclear Instrments and Methods in Physics Research. A369. 269-276 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Tetsuya Murakami et al.: "Target Frogmentation by GeV Energy Protons Persupotive in Heavy Ion Physics" (Proceedings of the 2'nd Japan-Italy Joint Symposium). 152-160 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Sugaya, Y.Yamanoi, J.Chiba, Yu.Kiselev, M.Numajiri et al.: "Ionization chamber as a pid and alpha bem intensity montion" Nuclear Insterments and Methods in Physics Research A. A368. 635-639 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Yamanoi,K.H.Tanaka,M.Takasaki,他: "Development of Radiation-Resistant Magnet Cails for High-Intensity Beam Cines : PartII-completely inorganic insnlanted coils" TEEE Transactions on Magnetics(磁気に関するアメリカ電気・電子学会誌). 32・4. 2147-2150 (1996)
• [文献書誌] H.Ochiishi,H.Ito,K.Kimura,S.Kouda,T.Murakami,他: "Application of Bragg-curre counters to a target multifragmentation measurement" Nuclear Instrments and Methods in Physics Research A. A369. 269-276 (1996)
• [文献書誌] Tetsuya Murakami 他: "Target Fragmentation by GeV Energy Protons" PERSPECTIVE IN HEAVY ION PYSICS (Proceedings of the 2nd Japan-Italy Joint Symposium on Heavy Ion Physics held at RIKEN in saitama) Pablished by World Scientific Pub.Co Pte Ltd.Singapore. -. 152-160 (1996)
• [文献書誌] Y.Sugaya,Y.Yamanoi,J.Chiba,Yu.Kiselev,M.Numajiri 他: "Ionization Chamber as a p,d and α beam intensity monitor" Nuclear Instrments and Methods in Physics Research. A368. 635-639 (1996)
• [文献書誌] 落石宏之,田中万博他: "Application of Bragg-Curve Counters to a Target Multifragmentation Measurement" Nuclear Instrments and Methods. A369(掲載決定ずみ). 269-276 (1996)
• [文献書誌] 菅谷雅人,千葉順成,沼尻正晴,田中万博他: "Ionization Chamber as a p.d and α beam intensity monitor" Nuclear Instrments and Methods. A368. 635-639 (1996)