高透磁率新磁性体加速空胴を用いた超高繰り返しシンクロトロンの研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11309013
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 森 義治 高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 教授 (30124176)
• 研究分担者: 岩下 芳久 京都大学, 化学研究所, 助教授 (00144387) ; 野田 章 京都大学, 化学研究所, 教授 (20114605) ; 田辺 徹美 高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 教授 (20013394) ; 栄 武二 筑波大学, 陽子線医学利用研究センター, 助教授 (60162278) ; 田村 圭介 福井医科大学, 医学部, 助教授 (30212046)
• キーワード: シンクロトロン / 粒子加速器 / FFAGシンクロトロン / 高周波加速空洞 / ビーム / ビーム収束 / ハドロンビーム / 電磁石

研究概要

粒子加速器が目指す一つの大きな方向として、ビームの大電流化があげられる。特に、中エネルギー領域(数100MeVから数GeV)のハドロンビームは、素粒子・原子核といった従来からの加速器の使用分野に限らず、物性科学や生命科学、さらにはエネルギー生産や産業応用を含めた広領域で、大電流化に対する要求が極めて大きい。
ビーム強度を従来よりも格段に上げることができる加速器の候補として、FFAG(Fixed Field Alternating Gradient)型加速器がある。FFAG型加速器では、磁場が一定の電磁石を使ってビームの軌道を決め、また収束用を持たせるために、繰り返しの速さは高周波加速周波数を振る速さによってのみ決まる。
本年度では、FFAG方式シンクロトロンにおけるビーム解析・シュミレーションならびに必要な各機器、電磁石・高繰り返し加速空洞等の開発を行い、陽子ビームを数MeVのエネルギーまで1kHz程度の超高繰り返しで加速できるプロトタイプの開発を行ってきた。
1kHzという超高繰り返し加速を可能とするための高勾配(100kV/m以上)の加速電場と数MHzのバンド幅にわたって周波数帯域を持ち、かつコンパクトな高周波空洞の設計・製作を行った。その結果、50kV/m以上の高勾配を得ることができた。またさらに、これを向上させるための方策についての知見が得られた。
FFAGシンクロトロンのビーム収束法には、その磁場分布から二つの方式がある。一つはradial sector型でありいま一つはspilal sector型である。まず、軌道計算ならびにシュミレーションによっていずれの方式が最適か検討した。その結果、triplet型のradial sector方式が望ましいことがわかった。
以上にもとづき、0.5MeVまで陽子ビームを加速するFFAGシンクロトロンの設計・製作を行い、ビーム試験が可能となる状態となった。

研究成果

• [文献書誌] Yoshiharu Mori: "Multi-orbit synchrotron with FFAG focusing for acceleration of high intensity hadoron beams"Proc. of the 1999 Particle Accelerartator Conf. (PAC'99) New York, USA, March 29th ? April 1st 1999. 2271-2273 (1999)
• [文献書誌] Yoshiharu Mori: "FFAG Proton Driver"Proc. of Newtorino Factory '00 (NuFact 00), Lyon, France, July 1999 (出版中). 未定. 未定 (2000)
• [文献書誌] Shinji Machida: "Coherent mode of a high intensity beam in a synchrotron"Proc. of the 1999 Particle Accelerartator Conf. (PAC'99) New York, USA, March 29th ? April 1st 1999. 62-64 (1999)
• [文献書誌] Chihiro Ohmori: "High field-gradient cavities loaded with magnetic alloys for synchrotorons"Proc. of the 1999 Particle Accelerartator Conf. (PAC'99) New York, USA, March 29th ? April 1st 1999. 413-417 (1999)
• [文献書誌] Kiyomi Koba et al.: "Longitudinal impedance tuner using high permeability material"Proc. of the 1999 Particle Accelerartator Conf. (PAC'99) New York, USA, March 29th ? April 1st 1999. 1653-1655 (1999)
• [文献書誌] Miho Fujieda et al.: "Magnetic alloy loaded RF cavity for barrier bucket experiment at the AGS"Proc. of the 1999 Particle Accelerartator Conf. (PAC'99) New York, USA, March 29th ? April 1st 1999. 857-859 (1999)