| 研究課題/領域番号 |
23K20406
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| 補助金の研究課題番号 |
20H04456 (2020-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2020-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分80040:量子ビーム科学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
SAHA Pranab 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, J－PARCセンター, 主任研究員 (10391335)
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| 研究分担者 |
米田 仁紀 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 教授 (00210790)
柴田 崇統 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 (20773956)
原田 寛之 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, J－PARCセンター, 副主任研究員 (30601174)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2024年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2021年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2020年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
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| キーワード | レーザー荷電変換 / レーザー開発 / レーザーイオン励起 / 大強度陽子加速器 / レーザー制御 / レーザー光源開発 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
大強度陽子加速器が供給する陽子ビームは、学術・産業の研究基盤として利用されており、ビーム強度はそれらの最先端実験の精度や効率を決める。世界中で稼働している大強度陽子加速器は、負水素イオンを陽子へと荷電変換する入射方式で大強度ビームを蓄積している。しかし、炭素膜を用いた従来の方式では、膜の寿命などからビーム強度に限界が見えてきた。本研究は、新たに提案したレーザーによる荷電変換の入射方式を実験的に評価し、実用化に向けたシステムの最終設計を達成することを目的とした基盤研究である。本研究で開拓されうるビーム強度の飛躍は、様々な最先端科学をさらに加速させるため、我が国に限らず他分野への波及効果も大きい。
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| 研究実績の概要 |
2023年度は、各担当者が以下の5項目(①～③)の開発を実施した。①深紫外光レーザー開発では、分担者：米田が深紫外光発生のために非線形光学素子を用いた2倍波・4倍波とそれらの加算である5倍波の生成ならびに高耐久の光学ミラー開発を進めた。②イオンビーム最適化・相互作用理論研究では、代表者：サハがイオンビームライン（エネルギー：400MeV）のレーザー照射点におけるイオンビームの実空間・運動量空間の光学パラメータの最適化に向け、イオンビームのみの調整試験を実施し、ビームラインにおける大きなビーム損失がない状態で、ビーム光学パラメータを調整した。③レーザー荷電変換実験整備では、分担者：原田が400MeVビームラインでのレーザー荷電変換実験に向けた準備として、70mの長距離の区間(2022年度の光路をさらに延伸して)において真空パイプによるレーザー輸送光路を2本整備した。その後、分担者：米田と共に低出力レーザーとミラーやレンズなどの光学部品を用いて、70mのレーザー光路を確立した。確立した70mの光路の安定性が重要となるため、レーザーの各折り返し地点における振動や加速度測定を実施し、より安定な光路に向けて、振動を抑える機構の追加、光路上の安定性も常時モニタし制御などの対策を講じた。その結果、70m先のターゲットにおいても安定にレーザーを輸送可能な光路を確立した。さらに、実験に必要な400MeVビームラインにおけるレーザーの遠隔駆動制御システムの構築、高透過率の照射窓の開発・整備を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
400MeVビームラインでの実験に向けたレーザー光路の整備に関しては、昨年度に引き続き、延伸する形で増設した。本格的なレーザー荷電変換実験には、常時入域可能な区域にレーザー光源を設置し制御する必要があるため、重要な開発であった。70mの光路を構築した上で、その光路を輸送するレーザーが安定している必要がある。そのため、光学部品を設置する箇所での振動などを極力抑える対策や、真空パイプによる光路などの空気の揺らぎの影響を低減するための重要な開発を完了することができた。さらに、当初予定していた実験に必要な400MeVビームラインにおけるレーザーの遠隔駆動制御システムの構築、高透過率の照射窓の開発・整備を行った。以上のことから、計画通りにおおむね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
2023年度は、それまで開発した基盤をさらに拡張し、本実験が実施可能な状況となったことから、2024年度は本実験を実施する。その実験に向けて、①開発したレーザー光源の移設と出力の増強、②遠隔制御によるレーザー輸送と実験前結果の完了、③レーザー照射実験の実施を行う。①と②を11月頃までに完了し11月末から400MeVのイオンビームラインにおける本実験を開始する。レーザー照射実験では、3MeV用のテストビームラインで構築した時空間マッチング制御を行い、荷電変換効率の測定、レーザーパラメータ依存性(時間的なパルス幅や横方向の位置、角度、幅など)を取得し、400MeVのイオンビームに対して、25％を超えるレーザー荷電変換効率を初めて達成することを目指す。
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