加速空洞内部の直接観察によるブレークダウン・トリガー・メカニズムの解明研究

• 研究課題/領域番号: 15H03671
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 阿部 哲郎 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, 准教授 (70370070)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2017年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2016年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2015年度: 12,740千円 (直接経費: 9,800千円、間接経費: 2,940千円)
• キーワード: ブレークダウン / 真空放電 / 加速空洞 / マイクロ波 / 高周波 / 高電界 / 粒子加速 / 加速器 / 高周波加速空洞

研究成果の概要

常伝導高周波加速空洞は、多くの粒子加速器の心臓部であるが、そのブレークダウン（空洞内の大真空放電）発生が加速器の性能を制限しうる。しかし、ブレークダウンを引き起こす仕組みは未だ解明されていない。本研究代表者は、加速空洞の大電力試験中にその内部を直接観察して、ブレークダウンは（安定的に発光していた）空洞内表面上の輝点の爆発、または、（輝点を伴わない）スポット型爆発のいずれかにより引き起こされることを発見した。本研究では、より高性能のカメラを使って直接観察を行い、輝点が1000℃以上の高温異物微粒子であること、及び、スポット型爆発は高温の飛行微粒子が空洞内表面に衝突した結果であることを突き止めた。

研究成果

• [雑誌論文] Direct Observation of Breakdown Trigger Seeds in a Normal-Conducting RF Accelerating Cavity (2018)
  • 著者名/発表者名: 阿部 哲郎、影山 達也、坂井 浩、竹内 保直、吉野 一男
  • 雑誌名: Physical Review Accelerators and Beams 巻: 21 号: 12 ページ: 122002-122002
  • DOI: 10.1103/physrevaccelbeams.21.122002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Breakdown Study Based on Direct In-Situ Observation of Inner Surfaces of an RF Accelerating Cavity during a High-Gradient Test" (2016)
  • 著者名/発表者名: Tetsuo Abe, Tatsuya Kageyama, Hiroshi Sakai, Yasunao Takeuchi, and Kazuo Yoshino
  • 雑誌名: Physical Review Accelerators and Beams 巻: 19 号: 10 ページ: 102001-102001
  • DOI: 10.1103/physrevaccelbeams.19.102001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Updated Results of Breakdown Study for a 509-MHz Continuous-Wave Accelerating Cavity based on Direct In-situ Observation (2018)
  • 著者名/発表者名: 阿部 哲郎
  • 学会等名: 7th International Workshop on Mechanisms of Vacuum Arcs (MeVArc 2018)
• [学会発表] 加速空洞内部の直接観察によるブレークダウン引き金機構の解明研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 阿部 哲郎、影山 達也、坂井 浩、竹内 保直、吉野 一男
  • 学会等名: 第15回 日本加速器学会年会
• [学会発表] ハイパースペクトルイメージングを用いた粒子加速器用 高周波加速空洞のブレークダウン引き金機構の解明研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 阿部 哲郎
  • 学会等名: ハイパースペクトル・マルチスペクトルデータの計測と産業応用研究会
• [学会発表] High-Gradient Testing of Single-Cell Test Cavities at KEK / Nextef (2016)
  • 著者名/発表者名: 阿部 哲郎
  • 学会等名: 日本加速器学会
  • 発表場所: 幕張メッセ 国際会議場（千葉県千葉市）
  • 年月日: 2016-08-08
• [学会発表] RF Accelerating Cavity for SuperKEKB Damping Ring and its Breakdown Study (2015)
  • 著者名/発表者名: 阿部 哲郎
  • 学会等名: MeVArc 2015 (5th International Workshop on Mechanisms of Vacuum Arcs)
  • 発表場所: ラップランド（フィンランド）
  • 年月日: 2015-09-02
  • 国際学会
• [学会発表] KEK/Nextef における高電界加速構造の基礎研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 阿部 哲郎
  • 学会等名: 第12回日本加速器学会年会
  • 発表場所: 敦賀市福祉総合センターあいあいプラザ（福井県・敦賀市）
  • 年月日: 2015-08-05
• [備考] 高周波加速空洞のブレークダウンの瞬間を「見た」！
  • URL: http://www2.kek.jp/accl/topics/topics161005.html