誘導加速方式によるデジタル加速器の実現

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20224005
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 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: 安達 利一 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, 准教授 (80141977) ; 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, 研究機関講師 (00113415) ; 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, 加速器科学支援センター, シニアーフェロー (90100916) ; 川合 將義 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 名誉教授 (10311127) ; 岡村 勝也 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, 准教授 (50415048) ; 高木 昭 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, 講師 (10100819) ; 村杉 茂 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, 技師補 (20450364) ; 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, 研究機関講師 (70311131)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• キーワード: 誘導加速 / デジタル加速器 / チョッパー / ECRイオン源 / 誘導加速シンクロトロン

研究概要

旧KEK 500MeV Boosterリングを改装し、誘導加速方式を導入したKEKデジタル加速器(入射器を使用しない高い繰り返し誘導加速シンクロトロン)を実現した。100・AのHe1+イオンビームを入射エネルギー200 keVから12 MeVまでの加速に成功した。自主開発した永久磁石ECRイオン源に新たにEinzel lens chopperと呼ばれる世界で初めて実現した低エネルギー動作の縦方向Chopperを設け、1ターン入射に敵切な長さに切りだしたイオンビームをデジタル加速器に入射し、閉じ込め専用の誘導加速セルに発生させるバリアーパルス電圧でビームを進行軸方向に捕捉し、加速専用の誘導加速セルに発生させるパルス電圧で加速した。磁場のランプをクロックとしてFPGAを用いた完全予測制御による加速方式を実現した。

研究成果

• [雑誌論文] KEK Digital Accelerator (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Iwashita, T. Adachi, Y. Arakida, K. Okamura, K. Takayama, M. Wake, et al.
  • 雑誌名: Physical Review ST-AB 巻: 14 ページ: 071301-20
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Solid-state Marx Generator driven Einzel Lens Chopper (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Adachi, K. Takayama, et al.
  • 雑誌名: Rev. of Sci. Instrum 巻: 82 ページ: 083305-11
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a Megahertz High Voltage Switching Pulse Modulator Using a SiC-JFET for an Induction Synchrotron (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Ise, K. Okamura, K. Takayama, M. Wake, et al.
  • 雑誌名: Plasma Science, IEEE Trans 巻: 39 ページ: 730-736
  • 査読あり
• [雑誌論文] ルスパワー技術によるWarm Dense Matter実験 (2010)
  • 著者名/発表者名: 堀岡一彦、佐々木徹、高山健、長谷川純一
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 86 ページ: 269-281
  • 査読あり
• [雑誌論文] In telligent Control System for the KE K Digital Accelerator (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Iwashita, K. Takayama, et al.
  • 雑誌名: Nuclear Ins tru. and Meth. in Physics ResearchA 巻: 606 ページ: 111-115
  • 査読あり
• [雑誌論文] Radioisotope Ion Beam Production in KEK Digital Accelerat or (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Takayama
  • 雑誌名: Nuclear Instru. and Meth. in Ph ysics Research A 巻: 606 ページ: 69-74
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inducti on Acceleration Scenario from an Ex tremely Low Energy in the KEK All-i on Accelerator (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Dixit, K. Takayma, et al.
  • 雑誌名: Nuclear Instru. an d Meth A 巻: 602 ページ: 326-336
  • 査読あり
• [雑誌論文] 誘導加速シンクロトロン方式によるデジタル加速器の医療応用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 高山健
  • 雑誌名: 原子力eye 巻: Vol.55, No1 ページ: 30-34
  • 査読あり
• [学会発表] KEKデジタル加速器ビームコミッショニング (2011)
  • 著者名/発表者名: 岩下大器
  • 学会等名: 日本物理学会2011秋季大会
  • 発表場所: 弘前大学(青森県)
  • 年月日: 20110916-19
• [学会発表] CHARACTERIZATION OF SIC JFET IN NOVEL PACKAGING FOR 1 MHZ OPERATION (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Okamura
  • 学会等名: The 2011 International Conference on Silicon Carbide and Related Materials(ICSCRM 2011)
  • 発表場所: Cleveland, USA
  • 年月日: 20110912-16
• [学会発表] A Permanent Magnet ECRIS with a Slid-State Marx Generator Driven Chopper for the KEK Digital Accelerator (2011)
  • 著者名/発表者名: K. W. Leo
  • 学会等名: 14^<th> International Conference on Ion Source
  • 発表場所: Giardini Naxos, Italy
  • 年月日: 20110912-16
• [学会発表] KEK Digital Accelerators and Its Beam Commissioning (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Takayama
  • 学会等名: 2^<nd> International Particle Accelerator Conference(IPAC2011)
  • 発表場所: San Sebastian, Spain
  • 年月日: 20110904-09
• [学会発表] Solid-State Marx Generator Driven Einzel Lens Chopper (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Adachi
  • 学会等名: 2^<nd> International Particle Accelerator Conference(IPAC2011)
  • 発表場所: San Sebastian, Spain
  • 年月日: 20110904-09
• [学会発表] Novel Switching Power Supply utilizing SiC-JFET and Its Potential for the Digital Accelerator (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Okamura
  • 学会等名: 2^<nd> International Particle Accelerator Conference(IPAC2011)
  • 発表場所: San Sebastian, Spain
  • 年月日: 20110904-09
• [学会発表] KEKデジタル加速器運転開始 (2011)
  • 著者名/発表者名: 岩下大器
  • 学会等名: 8回日本加速器学会年会
  • 発表場所: つくば国際会議場(茨城県)
  • 年月日: 20110801-03
• [学会発表] Induction Sector Cyclotron for Cluster Ions (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Takayama
  • 学会等名: Cyclotrons 2010
  • 発表場所: Lanzhou, China
  • 年月日: 20100906-10
• [学会発表] Permanent Magnet ECRIS for the KEK Digital Accelerator (2010)
  • 著者名/発表者名: Leo Kwee Wah, A. Adachi, K. Takayama, et al
  • 学会等名: ECRIS 2010
  • 発表場所: Grenoble, France
  • 年月日: 20100823-26
• [学会発表] Recent status of KEK digital accelerator (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Iwashita
  • 学会等名: 第7回日本加速器学会年会
  • 発表場所: 姫路市(兵庫県)
  • 年月日: 20100804-06
• [学会発表] Injection and extraction system for the KEK digital accelerator (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Adachi
  • 学会等名: IPAC10
  • 発表場所: 京都市
  • 年月日: 20100523-28
• [学会発表] Induction acceleration system for KEK digital accelerator (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Iwashita
  • 学会等名: IPAC10
  • 発表場所: 京都市
  • 年月日: 20100523-28
• [学会発表] KEK digital accelerator for material and biological sciences (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Takayama
  • 学会等名: IPAC10
  • 発表場所: 京都市
  • 年月日: 20100523-28
• [学会発表] Ion Source and low energy beam transport for KEK digital accelerator (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Takayama
  • 発表場所: 京都市
  • 年月日: 20100523-28
• [学会発表] Novel switching power supply for a digital accelerator (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Okamura
  • 学会等名: 2010 IPMHVC
  • 発表場所: Atlanta, USA
  • 年月日: 20100523-27
• [学会発表] 半導体スイッチを用いた誘導加速シンクロトロン用高繰り返しパルスパワー発生装置の開発 (2010)
  • 著者名/発表者名: 田仲泰
  • 学会等名: 電気学会パルスパワー研究会
  • 発表場所: 東京工業大学(東京都)
  • 年月日: 2010-02-22
• [学会発表] KEKデジタル加速器によるRIビーム加速 (2009)
  • 著者名/発表者名: 安達利一
  • 学会等名: 不安定核ビームを用いた核分光研究会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 20091223-24
• [学会発表] KEK Digital Accelerator and its Applications (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Takayama
  • 学会等名: Joint Asian Accelerator Workshop 2009
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 20091222-23
• [学会発表] The Control System for Induction Acceleration in the KEK Digital Accelerator (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Iwashita
  • 学会等名: ICALEPCS2009
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 20091012-16
• [学会発表] (2009)
  • 著者名/発表者名: 岩下大器
  • 学会等名: 第11回応用加速器関連技術シンポジウムARTA2009
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 20090612-13
• [学会発表] 誘導加速方式を用いたデジタル加速器の開発と物質・生命科学への応用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 高山健
  • 学会等名: 39回放射線科学研究会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2009-07-17
• [学会発表] KEK Digital Accelerator for Material Science and Other (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Takayama
  • 学会等名: IUMRS-ICA 2008
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20081209-10
• [学会発表] Intelligent Control System of the KEK Digital Accelerator (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Iwashita
  • 学会等名: International Workshop on Heavy Ion Fusion 2008(HIF2008)
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 20080804-08
• [学会発表] Radioisotope Ion Beam Production in KEK Digital Accelerator (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Takayama
  • 学会等名: International Workshop on Heavy Ion Fusion 2008(HIF2008)
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 20080804-08
• [学会発表] ECR Ion Source for the KEK All-ion Accelerator (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Suzuki
  • 学会等名: European Particle Accelerator Conference 2008(EPAC2008)
  • 発表場所: Genoa, Italy
  • 年月日: 20080623-27
• [学会発表] Digital Acceleration Scheme of the KEK All-ion Accelerator (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Dixit
  • 学会等名: EPAC2008
  • 発表場所: Genoa, Italy
  • 年月日: 20080623-27
• [学会発表] Beam Dynamical Issues of the KEK All-ion Accelerator (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Takayama
  • 学会等名: EPAC2008
  • 発表場所: Genoa, Italy
  • 年月日: 20080623-27
• [図書] Induction Accelerators (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Takayama and R. J. Briggs
  • 出版者: Springer
• [備考]
  • URL: http://www-accps.kek.jp/Superbunch/
• [備考]
  • URL: http://legacy.kek.jp/intra-e/feature/2010/DigitalAccelerator.html
• [産業財産権] 誘導加速セクターサイクロトロン (2009)
  • 発明者名: 高山健
  • 権利者名: 高山健
  • 産業財産権番号: 特許、特願2009-271007
  • 出願年月日: 2009-11-30