誘導加速シンクロトロンの実証研究:スーパーバンチ加速と応用

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15GS0217
• 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: 高山 健 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, 教授 (20163321)
• 研究分担者: 和気 正芳 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 低温工学センター, 助教授 (90100916) ; 山根 功 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, 名誉教授 (50013769) ; 堀岡 一彦 東京工業大学, 大学院理工学研究科, 教授 (10126328) ; 中村 英滋 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, 助手 (70311131) ; 荒木田 是夫 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, 助手 (00113415)
• キーワード: 誘導加速 / シンクロトロン / デジタルフィードバック / 誘導加速セル / イオン加速 / スイッチング電源 / トランジションエネルギー / スーパーバンチ

研究概要

今年度は5年計画の三年目に当たる。誘導加速シンクロトロンの実証試験に必要なデバイス(誘導加速セル、スイッチング電源)を更に増強し、実証試験を継続し、ステップ2とステップ3を実証した。
(1)昨年度の結果の追試
昨年度成功していた「高周波閉じ込め誘導加速」の実験は多方面から検証した。
(2)フィードバック機能を持ったゲート信号制御系の構築と実証
「バリアー電圧閉じ込め誘導加速」に不可欠なビーム軌道をモニターしながら、ゲート信号のOn/OFFを司る制御系を構築した。
(3)誘導加速セル7台の組立てとインストール
昨年度製作した3台を夏の加速器シャットダウン中にインストール、続いて今年度製作した4セットを冬のシャットダウン中にインストールした。
(4)Quasi-adiabatic non-focusing transition crossingの成功
誘導加速シンクロトロンの提案時から提唱されていたfocusing-free transition crossingの具体的・恐らくベストソリューションとしてのcrossing法が研究グループメンバーから提案され、実際に実証し成功した。これはハドロンシンクロトロンの画期的な進歩になった。
(5)誘導加速シンクロトロンの完全実証:500MeVから1.3Gevまでの加速成功
(2)の完成に伴い、誘導加速器シンクロトロン概念の完全実証を行い、1.3GeVのエネルギーまで加速することに成功した。
(6)全種イオン加速器の概念の展開研究を開始
一連の誘導加速シンクロトロンの開発実証研究の中から、スイッチング電源で駆動する誘導加速方式から、全てのイオンとそれらの可能な電価状態を加速出来る全種イオン加速器の概念に到達し、それを発明として出願した。これを誘導加速シンクロトロンの応用として位置づけ、具体化の準備研究が開始された。
(7)H・レーザーストリッピング実験の予備試験
米国ブルックヘブン研究所の200MeVライナックを用いて進めているレーザーストリッピングのためのビームラインが完成し、レーザーとH-ビーム軌道の交差を確認し、本格実験の準備が整った。
(8)新しいスイッチング素子の性能試験
これまで使用して来たスイッチング素子としてのMOSFETに代わるパワー半導体としてモールドタイプSIサイリスタの動作試験を開始した。。
(9)誘導加速器の進展に関する国際ワークショップの開催
年度末に、内外の高エネルギー物理学研究所、慣性核融合研究を目指す米国の研究所、パルスパワー技術を推進する大学、半導体・磁性体メーカーからの約60め名の参加得て、国際ワークショップをKEKで開催した。本研究を含め、最新の研究成果が公表された。

研究成果

• [雑誌論文] Parasitic resonance in a solid-state pulsed power modulator (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Koseki, Y.Shimosaki
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods A556 ページ: 24-30
• [雑誌論文] All-ion Accelerator : A New Turn of the Induction Synchrotron (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Takayama et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the 2^<nd> Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan ページ: 132-134
• [雑誌論文] Significance of Isolation Impedance in a Solid-state Power Modulator (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Koseki, K.Takayama, M.Wake
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods A554 ページ: 64
• [雑誌論文] Observation of the Acceleration of a Single Bunch by Using the induction Device in the KEK Proton Synchrotron (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Takayama et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. Letters 94 ページ: 144801
• [雑誌論文] Focusing-Free Transition Crossing in RHIC Using Induction Acceleration (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Shimosaki et al.
  • 雑誌名: Proceedings of PAC2005 ページ: 4314-4316
• [雑誌論文] Induction System for a Proton Bunch Acceleration in the Synchrotron (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Torikai et al.
  • 雑誌名: Proceedings of PAC2005 ページ: 1398-1400
• [産業財産権] 全種イオン加速器及びその制御方法 (2005)
  • 発明者名: 高山 他3人
  • 産業財産権番号: 2005-129387
  • 出願年月日: 2005-04-27