低温フォトニックアシスト常伝導空洞による高電界・高Qを兼ね備えた新領域電子加速管

• 研究課題/領域番号: 16H02134
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 量子ビーム科学
• 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: 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, 准教授 (60391710)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 41,860千円 (直接経費: 32,200千円、間接経費: 9,660千円); 2020年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円); 2019年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円); 2018年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円); 2017年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円); 2016年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
• キーワード: 加速器 / フォトニック / 誘電体

研究成果の概要

本研究期間に行った主な研究成果としては、放電の要因となるマルチパクタを抑制するコーティング開発のため、様々な物質の２次電子放出係数及びQ値の測定を行い、誘電体アシスト空洞に最適なDLCコーティングを開発した。これを最小単位の誘電体アシスト空洞である２セルの試験システムを開発し、誘電体アシスト空洞の高電界試験を行い15MV/m 程度の高電界を得られた。さらに高電界試験チェンバーに冷凍機を設置し、液体窒素温度程度まで冷却して測定を行った。
また加速器システムの設計として真空排気及びディスク間の接触の問題を大幅に改善するチョーク構造の開発を行い冷却効率や真空のコンダクタンスを改善できる構造が決定した

研究成果の学術的意義や社会的意義

誘電体アシスト空洞は、誘電体フォトニック構造により電磁波を内側に閉じ込める事ができ、マイクロ波の蓄積効率を非常に高くできる新しい加速構造である。これを用いる事で非常に高エネルギー効率の加速器が実現する。このような加速器は学術利用の大型加速器だけでなく、産業利用や医療応用で幅広く利用する事ができる。
また材料として使用しているセラミックは磁器と同じであり、大型の物でも任意の形状の物を安価に焼結する事が可能である。

研究成果

• [雑誌論文] Multipactor suppression in dielectric-assist accelerating structures via diamondlike carbon coatings (2021)
  • 著者名/発表者名: Mori Shingo、Yoshida Mitsuhiro、Satoh Daisuke
  • 雑誌名: Physical Review Accelerators and Beams 巻: 24 号: 2 ページ: 0-11
  • DOI: 10.1103/physrevaccelbeams.24.022001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Power efficiency enhancement of dielectric assist accelerating structure (2019)
  • 著者名/発表者名: Satoh Daisuke、Shibuya Tatsunori、Ogawa Hiroshi、Tanaka Masahito、Kuroda Ryunosuke、Mori Shingo、Yoshida Mitsuhiro、Toyokawa Hiroyuki
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 巻: 459 ページ: 148-152
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2019.09.006
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 誘電体アシスト型加速空洞における航跡場の減衰について (2019)
  • 著者名/発表者名: 森 紳悟、吉田 光宏
  • 学会等名: 第16回日本加速器学会年会
• [学会発表] The Design Optimization of the Dielectric Assist Accelerating Structure for Better Heat and Gas Transfer (2019)
  • 著者名/発表者名: 森 紳悟、吉田 光宏
  • 学会等名: 10th International Particle Accelerator Conference 2019
  • 国際学会
• [学会発表] MEASUREMENT OF THE SECONDARY ELECTRON-EMISSION COEFFICIENT FROM LOW-LOSS DIELECTRIC MATERIALS (2018)
  • 著者名/発表者名: Shingo Mori, Mitsuhiro Yoshida, Daisuke Satoh
  • 学会等名: Particle Accelerator Society of Japan
• [学会発表] THE RF GUN ADOPTING THE DIELECTRIC ASSIST ACCELERATING STRUCTURE (2018)
  • 著者名/発表者名: Shingo Mori, Mitsuhiro Yoshida
  • 学会等名: LINAC2018
  • 国際学会