大立体角磁気スペクトロメータ用変形四極電磁石の研究

2004 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16540227
• 研究機関: 山形大学
• 研究代表者: 加藤 静吾 山形大学, 理学部, 教授 (70013422)
• 研究分担者: 橋本 治 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (50092292)
• キーワード: 磁気スペクトロメータ / 磁場分布 / 四極電磁石

研究概要

この研究では縦横非対称であったり口径が軸方向で変化するような変形4極電磁石の磁場分布を精密に表現する方法を開発することを目的としている。対称軸方向の依存性とそれに垂直な平面内での磁場分布の両方を議論する必要があり、最終的には3次元的に磁場分布を表現することを目指している。
まず、任意の形状の電磁石に対する3次元磁場分布を数値的に求めることのできるプログラム「TOSCA」を購入した。このソフトウェアの購入費がこの科研費の大部分を占めるものである。これを使って軸方向で口径が変化し、軸に垂直な磁極の断面が直角双曲線となるような形状の磁極を表す入カデータの作成に取り組んだ。このために、
1.45度回転した局所座標系で円錐柱を作り、これを口径に対応するように歪ませる。
2.上記の円錐柱の代わりに直角双曲線に近い楕円錐柱を歪ませて精度を上げる。
3.上記座標で直方体を生成し表面が求める形状になるように歪ませる。
の方法を試み、第3の方法で磁極形状の生成に成功した。この結果、4極電磁石の3次元磁場分布を計算できるようになった。
一方、対称軸に垂直な2次元直交座標系における磁極端磁場分布を精度よく表現する方法を開発した。級数展開の高次の項を無視していた従来の方法を改良して複素変数を使うことにより無限の項まで加算することができた。複素数まで拡張することによって特異点の存在に気づき、その存在が説明できた。特異点を意識してその位置をコントロールできる関数形を見つけ出し、広い範囲で精密に磁場分布を表現できる式を導くことができた。この研究成果は論文にまとめて発表した。

研究成果

• [雑誌論文] An improved description of magnetic fringing field (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Kato
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 540 ページ: 1-13
• [雑誌論文] Low-energy radioisotope beam separator CRIB (2005)
  • 著者名/発表者名: Yanagisawa, Y., Kubono, S., Teranishi, T., Ue, K., Michimasa, S., Notani, M., He, J.J., Ohshiro, Y., Shimoura, S., Watanabe, S., Yamazaki, N., Iwasaki, H., Kato, S., Kishida, T., Morikawa, T., Mizoi, Y.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 539 ページ: 74-83
• [雑誌論文] Direct measurement of the astrophysical reaction ^<14>O(α,p)^<17>F (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Notani, S.Kubono, T.Teranishi et al.(23 other authors)
  • 雑誌名: Nuclear Physics A 738 ページ: 411-415
• [雑誌論文] Basic instrumentation for Hall A at Jefferson Lab (2004)
  • 著者名/発表者名: Alcorn J., Anderson B.D., Aniol K.A., Annand J.R.M., Auerbach L.et al.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 522 ページ: 294-346