大強度陽子加速器におけるレーザー電流・電位分布モニターの開発とビーム計測研究

• 研究課題/領域番号: 19340069
• 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: 李 成洙 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, 助教 (20353360)
• 研究分担者: 長谷川 和男 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用 研究部門, 主任研究員 (20354756) ; 吉川 博 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 主任研究員 (50200960) ; 上野 彰 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 主任研究員 (10203457) ; 小栗 英知 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 副主任研究員 (30354757) ; 榊 泰直 (榊泰 直) 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 副主任研究員 (00354746) ; 佐甲 博之 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 副主任研究員 (40282298) ; 佐藤 進 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究員 (70302346) ; 青 寛幸 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究員 ; 近藤 恭弘 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究員 (40354740) ; 森下 卓俊 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究員 (30370480) ; 林 直樹 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 副研究員 (50354741) ; 佐藤 健一郎 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, 助教 (00414607) ; 内藤 富士雄 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 (70207695) ; 池上 雅紀 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, 助教
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• 研究課題ステータス: 完了 (2009年度)
• 配分額: 18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円); 2009年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2008年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2007年度: 16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円)
• キーワード: 加速器 / ビーム計測 / レーザー

研究概要

本研究課題ではレーザー光による電子解離を用いた新規計測手法の開発と大強度陽子加速器J-PARCリニアックにおける詳細なビーム計測を実施した。従来型のビーム電流、位置、及び分布モニターとビーム損失モニターによる測定からビーム軌道とサイズ、及びビームハロー(周辺領域)を同定しレーザーで解離される電子分布を推定した。これによりレーザープロファイルモニターの機器仕様を決定し詳細設計・製作、及び性能試験を完了した。またリニアック全域にわたる詳細なビーム診断によりビーム損失の最小化、低エミッタンス化などビームの高品質化を実現した。これによりシンクロトンへの入射調整が可能となり、生物・物理実験用ビームラインの供用運転実現に資した。さらにリニアックダンプラインでの中性粒子ビームの分布測定も実現し、残留ガスによる負水素ビームの中性化効率についても基本的な測定結果を得た。これらの知見を基礎に今後もビーム計測・開発研究を継続することで更なるビーム損失の低減と加速器運転の最適化、及び信頼性と安全性の高い大強度運転の実現に寄与する。

研究成果

• [雑誌論文] Beam commissioning of the 3-GeV rapid cycling synchrotron of the Japan Proton Accelerator Research Complex (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Hotchi, M. Kinsho, K. Hasegawa, N. Hayashi, Y. Hikichi, S. Hiroki, J. Kamiya, K. Kanazawa, M. Kawase, F. Noda, M. Nomura, N. Ogiwara, R. Saeki, P.K. Saha, A. Schnase, Y. Shobuda, T. Shimada, K. Suganuma, H. Suzuki, H. Takahashi, T. Takayanagi, O. Takeda, F. Tamura, N. Tani, T. Togashi, T. Ueno, M. Watanabe, Y. Watanabe, K. Yamamoto, M. Yamamoto, Y. Yamazaki, H. Yoshikawa, M. Yoshimoto, A. Ando, H. Harada, Y. Irie, C. Ohmori, K. Satou, Y. Yamazaki, M. Yoshii
  • 雑誌名: Phys. Rev. 12 ページ: 40402-40402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct observation of the phase space footprint of a painting injection in the Rapid Cycling Synchrotron at the Japan Proton Accelerator Research Complex (2009)
  • 著者名/発表者名: P.K. Saha, Y. Shobuda, H. Hotchi, N. Hayashi, T. Takayanagi, H. Harada, Y. Irie
  • 雑誌名: Phys. Rev. 12 ページ: 40403-40403
  • 査読あり
• [学会発表] Study of J-PARC Linac Beam Position Monitor as Phase Monitor (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Sato, A. Miura, T. Tomisawa, H. Sako, T. Morishita, A. Ueno, K. Hasegawa, H. Yoshikawa, Z. Igarashi, M. Ikegami
  • 学会等名: Proceedings of the Particle Accelerator Conference 2009, TH5RFP061
  • 発表場所: Vancouver, Canada (PAC09)
• [学会発表] Study of Beam loss measurement in J-PARC linac (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Miura, S. Sato, T. Tomisawa, H. Sako, T. Morishita, H. Takahashi, A. Ueno, K. Hasegawa, H. Yoshikawa, Z. Igarashi, M. Ikegami
  • 学会等名: Proceedings of the Particle Accelerator Conference 2009, TH5RFP096
  • 発表場所: Vancouver, Canada (PAC09)
• [学会発表] Tuning of MEBT-Chopper by using wire scanner monitor (2009)
  • 著者名/発表者名: Susumu SATO, Akihiko MIURA, ZenEi IGARASHI, Masanori IKEGAMI, Akira UENO, Hiroyuki SAKO, Takatoshi MORISHITA, Hiroshi YOSHIKAWA, Kazuo HASEGAWA, Tetsuya KOBAYASHI
  • 学会等名: Proceedings of Particle Accelerator Society Meeting 2009, WPBDA06
  • 発表場所: JAEA, Tokai, Naka-gun, Ibaraki, Japan
• [学会発表] J-PARCリニアックACS加速空洞増強におけるモニターシステムの設計 (2009)
  • 著者名/発表者名: 三浦昭彦、佐藤進、佐甲博之、吉川博、長谷川和男、五十嵐前衛、池上雅紀
  • 学会等名: Proceedings of Particle Accelerator Society Meeting 2009, TOBDC01
  • 発表場所: JAEA, Tokai, Naka-gun, Ibaraki, Japan
• [学会発表] Beam Energy Measurement at J-PARC LINAC (2008)
  • 著者名/発表者名: Susumu Sato, ZenEi Igarashi, Tetsuo Tomisawa, Akihiko Miura, Akira Ueno, Hiroyuki Sako, Takatoshi Morishita, Yasuhiro Kondo, Guobao Shen, Hisashi Akikawa, Masanori Ikegami, Takeshi Toyama, Seishu Lee
  • 学会等名: Proceedings of the 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and the 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan, WP090
  • 発表場所: Higashihiroshima, Japan
• [学会発表] Multi-wire Profile Monitor for J-PARC 3GeV RCS (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Hiroki, P.K. Saha, H. Sako, H. Takahashi, A. Ueno, Y. Arakida, S. Lee, T. Toyama
  • 学会等名: Proceedings of EPAC 2008
  • 発表場所: Genoa, Italy
• [学会発表] Beam Instrumentations for the J-PARC RCS Commissioning (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Hayashi, S. Hiroki, R. Saeki, R. Toyokawa, K. Yamamoto, M. Yoshimoto, D. Arakawa, S. Hiramatsu, S. Lee, K. Satou, M. Tejima, T. Toyama
  • 学会等名: Proceedings of EPAC 2008
  • 発表場所: Genoa, Italy
• [学会発表] The Beam Position Monitor System of the J-PARC RCS (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Hayashi, S. Hiroki, R. Saeki, R. Toyokawa, K. Yamamoto, D. Arakawa, S. Hiramatsu, S. Lee, K. Satou, M. Tejima, T. Toyama
  • 学会等名: Proceedings of EPAC 2008
  • 発表場所: Genoa, Italy
• [学会発表] Beam Profile Monitor of the J-PARC 3GeV Rapid Cycling Synchrotron (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Satou, S. Lee, T. Toyama, M. Tejima, N. Hayashi, A. Ueno, K. Yamamoto, R. Saeki
  • 学会等名: Proceedings of EPAC 2008
  • 発表場所: Genoa, Italy
• [学会発表] Beam Commissioning Results of the RCS Injection and Extraction at J-PARC (2008)
  • 著者名/発表者名: P.K. Saha, H. Hotchi, Y. Shobuda, F. Noda, N. Hayashi, Y. Irie, H. Harada
  • 学会等名: Proceedings of EPAC 2008
  • 発表場所: Genoa, Italy
• [学会発表] J-PARC RCSビームモニタシステムの現状 (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Hayashi, S. Hiroki, S. Pranab, R. Saeki, R. Toyokawa, K. Yamamoto, M. Yoshimoto, D. Arakwa, S. Hiramatsu, S. Lee, K. Satou, M. Tejima, T. Toyama, H. Harada
  • 学会等名: Proceedings of the 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and the 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan
  • 発表場所: Hiroshima, Japan
• [学会発表] Development of a Beam Induced Heat-Flow Monitor for the Beam Dump of the J-PARC RCS (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Satou, N. Hayashi, H. Hotchi, Y. Irie, M. Kinsho, M. Kuramochi, P.K. Saha, Y. Yamazaki, S. Lee
  • 学会等名: Proceedings of PAC07
  • 発表場所: Albuquerque, New Mexico, USA
• [学会発表] J-PARC RCS入射部およびダンプラインのモニターシステム (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Satou, S. Hiroki, S. Lee, N. Hayashi, K. Yamamoto, S. Hiramatsu, T. Toyama, D. Arakwa, Z. Igarashi, R. Saeki
  • 学会等名: Proceedings of the 4th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and the 32nd Linear Accelerator Meeting in Japan
  • 発表場所: Wako, Japan