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2017 年度 実績報告書

小型イオントラップを応用した次世代ハドロン加速器における空間電荷効果の系統的研究

研究課題

研究課題/領域番号 15H03662
研究機関広島大学

研究代表者

岡本 宏己  広島大学, 先端物質科学研究科, 教授 (40211809)

研究分担者 伊藤 清一  広島大学, 先端物質科学研究科, 助教 (70335719)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード粒子加速器 / 大強度ビーム / 非中性プラズマ / 空間電荷効果 / イオントラップ
研究実績の概要

前年度、S-POD II号器で実験的に確認された共鳴不安定性の発生条件をさらに詳しく調べた。粒子間相互作用を加味した系統的な多粒子シミュレーションにより共鳴不安定帯のビーム密度依存性を精査すると共に、ブラソフ・ポアソン方程式系に基づく自己無撞着な数値解析も並行して進めた。その結果、集団共鳴条件に関する、非常に一般化された仮説に到達している。また、ビーム密度と共鳴不安定帯のシフト量の関係から共鳴条件式が含む集団振動モードのチューンシフト因子を近似的に評価し、その値が(理論的な予想通り)常に1より小さいことを確認した。

現実の加速器では、電磁石の励磁電流に微弱ではあるが有限の揺らぎが存在する。円形加速器中に大強度のハドロンビームを極めて長時間蓄積しなければならない場合、四重極電磁石による線形収束場の揺らぎは無視できないビーム性能の劣化に繋がる可能性があることをS-PODで実験的に示した。揺らぎの大きさに依存した時間的に非常にゆっくりと成長するビーム損失が観測されている。1次元の理論モデルに基づく摂動解析の結果および観測データから、この弱いビーム損失の原因は或る種の集団共鳴であり、白色雑音が含む特定の周波数帯のみが関与していることが分かった。

非線形ビームダイナミクス研究用多極ポールトラップの構築が完了し、年度後半にS-POD III号器へ導入した。各種電源の調整やプラズマ計測機器の較正を経て、現在その動作試験が進行中である。新型トラップでは(構造上の制約から)イオン生成領域と実験領域を分離しなければならない。このため、軸方向のポテンシャル井戸の形を最適化する必要があり、区分された四重極電極に印加するバイアス電圧の様々な組み合わせを試しているところである。予備的な実験データではあるが、現状で旧型トラップと同程度のイオン蓄積を実現している。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Effect of quadrupole focusing-field fluctuation on the transverse stability of intense hadron beams in storage rings2018

    • 著者名/発表者名
      K. Ito, M. Matsuba, and H. Okamoto
    • 雑誌名

      Prog. Theor. Exp. Phys.

      巻: なし ページ: 023G01

    • DOI

      10.1093/ptep/pty004

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simulations on mixing charged particles in a nested Penning trap2017

    • 著者名/発表者名
      C. Kaga, H. Higaki, K. Fukushima, K. Osaki, K. Ito, and H. Okamoto
    • 雑誌名

      JPS Conf. Proc.

      巻: 18 ページ: 011013

    • DOI

      10.7566/ JPSCP.18.011013

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coherent resonance stop bands in alternating gradient beam transport2017

    • 著者名/発表者名
      K. Ito, H. Okamoto, Y. Tokashiki, and K. Fukushima
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Accel. Beams

      巻: 20 ページ: 064201

    • DOI

      10.1103/PhysRevAccelBeams.20.064201

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Paul-trap experiment on the effect of linear focusing-field fluctuations on the long-term stability of an intense hadron beam2017

    • 著者名/発表者名
      K. Ito, M. Matsuba, and H. Okamoto
    • 雑誌名

      Proc. 14th Meeting of Particle Accelerator Society of Japan

      巻: なし ページ: 901 - 904

  • [学会発表] 大強度ハドロンビームにおける低次集団振動モードのチューンシフト解析2018

    • 著者名/発表者名
      小島邦洸
    • 学会等名
      第73回日本物理学会年次大会
  • [学会発表] 一様磁場中のペニングトラップにおけるNeプラズマを用いた空間電荷効果の研究2018

    • 著者名/発表者名
      平塚雅健
    • 学会等名
      第73回日本物理学会年次大会
  • [学会発表] 非線形ビームダイナミクス研究用多重極イオントラップの特性2018

    • 著者名/発表者名
      青木将晃
    • 学会等名
      第73回日本物理学会年次大会
  • [学会発表] 線形収束場の揺らぎによるビーム損失に関するポールトラップ実験2018

    • 著者名/発表者名
      伊藤清一
    • 学会等名
      第73回日本物理学会年次大会
  • [学会発表] Application of a compact ion trap to fundamental beam-dynamics studies2017

    • 著者名/発表者名
      Hiromi Okamoto
    • 学会等名
      the 10th International Conference on Nuclear Physics at Storage Rings
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 線形収束場の揺らぎが高強度ハドロンビームの長時間安定性に及ぼす影響に関するポールトラップ実験2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤清一
    • 学会等名
      第14回日本加速器学会

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公開日: 2018-12-17  

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