| 研究課題/領域番号 |
19H00673
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| 研究機関 | 茨城大学 |
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研究代表者 |
飯沼 裕美 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 准教授 (60446515)
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| 研究分担者 |
大澤 哲 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, 研究員 (00150011)
古川 和朗 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 (00190132)
染谷 宏彦 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, その他部局等, シニアフェロー (10518830)
近藤 恭弘 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 主任研究員 (40354740)
佐々木 憲一 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 超伝導低温工学センター, 教授 (70322831)
大谷 将士 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, 助教 (90636416)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 3次元らせん入射 / 電子銃ビーム制御 / 強いX-Y結合 |
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| 研究実績の概要 |
磁束密度3T,300MeV/cのミューオンビームを直径70cmの円軌道に蓄積するために、３次元らせん軌道入射の技術開発に取り組んでいる。現在建設中のJ-PARCミューオンビームライン(H-Line)に設置する装置の制作に先立ち、約３分の１スケールのビーム入射専用テストベンチにて実証実験を重ね、新しい技術開発要素の問題点の洗い出し、問題解決に向けた技術開発を行った。実験装置は、高エネ研つくばキャンパスにあり、主要メンバーは実験代表者（茨城大）と高エネ研のOB研究員2名と大学院学生2名である。特に、実証実験では電子銃ビームを用いているため、電子銃ビームの安定度が大きなカギとなる。繰り越し経費で雇用した研究員2名は電子ビーム技術、ビーム輸送技術と、高圧電源調整にスキルがあり、安定ビーム生成の実現には必須である。コロナ禍の中、実験可能日程に大きな制限を受けたものの、荷電粒子軌道を可視化するという、本研究の特徴的な成果をあげることができた。また、同時に加速器技術では汎用性の高いワイヤーモニターを併用し、ほぼオンラインで3次元ビーム軌道の画像評価を実現している、これにより、ビーム調整手法に必要な多くのビームパラメータを系統的に評価することが可能になった。
また、本番実験ではビーム輸送ラインに設置する回転機能付き4極磁石の性能がビーム制御の肝となる。3次元有限要素法(OPERA-3D)を用いた磁場設計を行い、ビームライン電磁石実機制作のための設計、初号機の制作を完了することができた。
本研究を通じ、2021年度までに、３次元らせん入射と入射後の軌道確認までの成果を国内外の学会で発表し、査読付き投稿論文３本にまとめあげた。現在は、本科研費研究の最終目標である、ビーム運転時のビーム制御手法の確立、最適化のためのデータ取得を行っている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
コロナ禍の中、ビームラインでの活動制限があったものの、修士学生２名が３次元らせん軌道入射のシミュレーション計算に習熟し、ビームライン作業時間が限られた中でも戦略を立てて取り組むことができた。また、電子銃ビームラインの調整作業に時間を多くとったため、ビーム強度が安定し結果としてデータ取得が順調にいき、シミュレーション結果と比較できるだけの統計量をえることができたので、成果論文執筆に重きを置いて活動している。
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| 今後の研究の推進方策 |
本科研費の最終年度であり、今までに制作した実験機材、積み上げた知見を総動員してビーム入射の最適化に必要な、考えうる事案を想定したデータ取得に取り組み中である。その結果を投稿論文2本程度にまとめる計画である。
さらに、J-PARCでの本番実験開始（2026年予定）に間に合うようにビーム運転の戦略的シナリオを具体化するためのシミュレーションツールの制作に取り組む。具体的には、機械学習によりビーム制御パラメータの最適化を割り出すアルゴリズム開発に取り組んでいく。
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