| 研究課題/領域番号 |
16H02136
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
上垣外 修一 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 部長 (00260191)
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| 研究分担者 |
金井 保之 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 特別嘱託研究員 (00177487)
中川 孝秀 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, チームリーダー (00360602)
笹尾 登 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任教授 (10115850)
市川 雄一 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 専任研究員 (20532089)
吉見 彰洋 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (40333314)
長友 傑 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 技師 (60418621)
原 秀明 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特別契約職員(助教) (70737311)
吉村 太彦 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (70108447)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 量子ビーム / 原子・分子物理学 / 加速器 / 実験核物理 / 素粒子実験 / 重イオンビーム / コヒーランス / レーザー |
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| 研究実績の概要 |
平成２９年度においては、主として(１)バリウムイオン源の開発、(２)レーザー装置の作成、(３)シミュレーションに基づいた実験の細部にわたる計画、(４)量子イオンビームに関連する理論の深化、を行うことにしていた。
(１)については、フィラメント型イオン源(米国HeatWave Labs社製)の試験を行った。このイオン源は、当初予定されていたECRイオン源と比較してエミタンスが小さく、取り扱いが簡単であることが予想された。しかしながら四重極質量分析計を用いた詳細な実験の結果、カリウム(K)やセシウム(Cs)イオンの発生は確認できたものの、バリウム(Ba)イオンを確認することができなかった。製造元及び代理店(株式会社エーイーティー)と相談したが有効な解決策が見出せず、結局このイオン源の使用を止める事にした。そして新たに表面電離型イオン源を用いることとし、立ち上げを行った。その結果、実験に必要なビーム強度が得られる見込みを得た。エミタンスなどビームの性能は今後測定する必要がある。
(２)の進捗状況は以下のとおりである。まずBaイオンビーム励起用494 nm光源を作製した。光源は発振波長987 nmの外部共振器型半導体レーザーおよび第二高調波発生部から構成される。作製した987 nm半導体レーザーからは動作電流120 mAで60 mWの出力が得られた。また、8 GHzの連続周波数掃引が可能である。第二高調波発生部は導波路型PPLN結晶を用いたシングルパス方式で作製した。PPLN結晶への987 nm入力30 mWに対し、494 nmの出力1.3 mWが得られた。
(３)に関しては、新たなイオン源を用いたときの信号強度やその性質を解析的に検討した。また計算コードを用いたより詳細なシミュレーション研究に着手した。さらに(４)について、本研究に深く結びつく関連物理として、光渦の研究を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
研究成果の概要にも記しように、平成２９年度には、主として(１)バリウムイオン源の開発、(２)レーザー装置の作成、(３)シミュレーションに基づいた実験の細部にわたる計画、(４)量子イオンビームに関連する理論の深化、を計画していた。このうち(１)のバリウムイオン源の開発においてやや遅れが発生した。この原因は、使用予定だったフィラメント型イオン源(米国HeatWave Labs社製)に関して、想定通りの性能が得られないことが判明したためである。そのためフィラメント型イオン源から撤退し、新たに表面電離型イオン源を既存のビーム輸送装置と組み合わせて用いることにした。幸いなことに表面電離型イオン源は順調に立ち上がっている。このほか計画したレーザー装置作成、実験細部にわたるシミュレーション、理論深化等については順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後表面電離型イオン源を迅速に立ち上げ、当初の方針通り新奇光ビームの発生を低エネルギー領域において実証することを目標とする。このため、以下の研究開発を行う。
(１)表面電離型イオン源の性能評価とレーザー装置の完成：すでに当該イオン源より必要とされるビーム強度が得られるとBaイオンの存否の確認などを行う。一方レーザー装置についても、昨年度までにその基本部を製作した。但しBaイオンビームの励起実験において効率良く共鳴信号を検出するためには、高強度の494 nm光が必要となる。試算では10 mW以上の強度が望ましいが、現状では出力不足である。したがって、イッテルビウム添加ファイバーを用いた987 nm外部共振器型半導体レーザーのファイバー増幅を行うことで、494 nm光の出力を増強する。その後、理研に光学系を移送しイオンビームの励起実験を行う。
(２)電磁石を用いた最終的セットアップの完成：新奇光ビームの発生を低エネルギー領域において実証するため、Baイオンにレーザーを照射しその脱励起光を観測する。加速(磁場による円運動)中のイオンビームからの脱励起光の性質を詳細に研究する。特に、磁場の強さに対する依存性や励起時間からの時間経過依存性などに注目する。これらの実験をする上での様々なシミュレーションソフトウェアを整備し、実験結果と比較する。
(３)理論研究の進展：前年度に引き続き関連する理論の研究を継続する。特に光渦の発生について論文にまとめる。
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