J-PARC神岡間ニュートリノ振動実験のための陽子ビームモニターの開発

• 研究課題/領域番号: 16740126
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 岩崎 昌子 東京大学, 大学院理学系研究科, 講師 (70345172)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円); 2006年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円); 2005年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円); 2004年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: 素粒子物理 / 高エネルギー実験 / 長期線ニュートリノ振動 / 陽子加速器 / ビームモニター / 長期線ニュートリノ振動実験 / ビームライン構成機器 / 陽子ビーム制御 / ビームライン / ビーム形状測定

研究概要

本研究により、J-PARC神岡間ニュートリノ振動実験(T2K実験)に使用するための、高強度陽子ビーム用プロファイルモニターの開発を行った。陽子ビームモニターの中でも、特に、ビーム断面の形状を測定するための、プロファイルモニターの開発を行った。
ここで、プロファイルモニターの原理として、Dビーム上に測定器を直接設置する方法(破壊型)と、2)ビームの通過により残留ガスが電離され、生成された電子または陽イオンを電場により収集し、セグメント化された読みだし測定器で測定する方法(非破壊型)がある。平成16年度に、非破壊型のプロファイルモニターの試作機を製作し、高エネルギー加速器研究機構の陽子シンクロトロン加速器において、ビーム試験を行った。信号の読み出し方法として、電子を使用する場合、陽イオンを収集する場合の二種類で試験を行ったが、ビームに由来したバックグランドが存在するビームラインでは、電子を使用した方法では、実際の使用が困難であることが明らかになった。また、陽イオンを使用した方法で、プロファイル測定が成功したが、J-PARGのように高い強度のビームで使用するためには、非常に高い磁場が必要であることがわかった。したがって、T2K実験で用いるプロファイルモニターは、破壊型のものを採用することに決定した。
平成18年度は、破壊型プロファイルモニター用に行ったビーム試験の測定結果をもとに、シミュレーションを行い、T2Kビームラインでのプロファイル測定精度の推定を行った。この結果をもとに、ビームラインを制御するために必要な、破壊型プロファイルモニターの詳細なデザインを決定した。きらに、プロファイルモニターの低温動作試験・放射線照射試験を行った。これらの結果から、T2K実験用の、プロファイルモニター実機製作にむけての最終確認を行った。