| 研究課題/領域番号 |
20K12481
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
小高 康照 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 技術専門職員 (00813396)
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| 研究分担者 |
長濱 弘季 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00804072)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 高周波四重極線形減速装置 / ペッパーポット型エミッタンス測定器 / イオンビーム輸送 / 電気双極子能率測定 |
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| 研究実績の概要 |
100MeVの酸素イオンビームを金(Au)標的に衝突させ核融合反応で生成したフランシウム(Fr)の永久電気双極子能率(EDM)を10の-30乗ecmの世界最高感度で測定するために、Fr生成収量の増強が本研究の目的である。そのためにAVFサイクロトロンで加速された強度18eμA以上の酸素イオンビームをAu標的で幅1mmに収束するビーム輸送法と生成したFrイオンビームの減速と横向き運動量減少(冷却)を実現する高周波四重極線形減速装置(RFQD)を相乗的に開発し、低速・低エミッタンスFrイオンビームを実現する計画である。
酸素ビーム輸送法開発のためにビーム軌道計算が必要である。その初期値を測定する大強度ビーム用4次元ビームエミッタンス測定器の試作品の製作と遠隔制御システム構築は完了し、まずは低強度・低エネルギービームによる照射テストを開始した。高エネルギー（～10MeV/u）ビーム照射テストによる性能評価をする予定だが、この場合は測定器のCCDカメラへのビーム起因の放射線損傷対策が必要である。カメラの劣化は新品への交換で対応可能なので本質的な問題ではないが、交換による出費の軽減も考慮し対策を進めている。その対策は、遮蔽材の導入及び比較的に安価な小型カメラの使用である。小型カメラについては性能が下がるため、光学系で補うことを検討している。
一方、高周波四重極線形減速装置(RFQD)は新型コロナの影響により、オランダ・フローニンゲン大学からの移設が延期となり本体開発は進んでいないが、RFQDの設計・動作原理の研究内容をもとに、Frの表面電離イオン源に直結する形で高周波をかけて質量分析を行う高周波フィルターの設計、シミュレーションを行なった。RFQDほどの質量分解能は難しいが、主なバックグランドの成分である軽い核種は十分分離できることを確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ビーム輸送法開発については、年度前半は新型コロナによる出勤自粛の影響はあったが、年度末には大強度ビーム用4次元エミッタンス測定器（ペッパーポット型エミッタンス測定器）の試作品は完成し、遠隔制御システムも構築し、低エネルギービームを用いた性能評価のための照射テストは開始できた。ただし、高エネルギービーム(~10MeV/u)の場合は、4次元エミッタンス測定器のビーム検出部であるCCDカメラの放射線損傷が著しいため、頻繁なカメラ交換の必要性から比較的安価な小型カメラを使用する可能性もあるため、その性能評価を進めている。一方、新型コロナ感染症の影響により、JSPS二国間交流事業で進めているオランダ・フローニンゲン大学との国際共同研究による高周波四重極線形減速装置（RFQD）の構成装置の移送が遅延している。オランダでの大学での活動が制限されており、今後の移送作業再開の見通しがたちにくい状況である。そこで、このRFQDの設計、動作原理の研究内容をふまえて、表面電離イオン源に直結する形で、高周波をかけて、質量分析を行う高周波フィルターの設計、シミュレーションを行なった。RFQDほどの質量分解能は難しいものの、主なバックグランドの成分である軽い核種は十分分離できることを確認した。
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| 今後の研究の推進方策 |
大強度・高エネルギー(~10MeV/u)ビームの4次元エミッタンス測定器開発については、2021年度前半に小型カメラの性能評価を行い実用化し、放射線からのカメラの遮蔽については、遮蔽材のシミュレーションも検討し、遮蔽材を用いてビーム照射テストを行い、遮蔽材の規模と小型カメラの交換頻度の兼ね合いから現実的な解を追求する。年度の後半は、大強度・高エネルギービームによる性能評価を行い、4次元エミッタンスを測定とビーム軌道計算方法開発を並行して行い、2022年度のFr生成のための酸素ビーム輸送に導入し評価する。一方、高周波四重極線形減速装置については、2021年度は新型コロナの状況を見ながら、RFQDの移送作業時期を注視しつつ、移設後は装置の組み立てを行い、動作テストを進める。また、このRFQDの原理を基盤に開発を進めている高周波フィルターの動作確認も行う。2022年度は、テスト用のルビジウムイオンを用いた性能評価を行い改良点を明確にする。RFQDが移設された場合は、RFQD開発に重心を置いて進める。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
高周波四重極線形減速装置(RFQD)の開発に多くの資金を投入する必要があると考えているが、RFQDの移設が延期となっているため、2020年度は必要な機器の購入を控えた。その理由は機器は使用せずに放置していたとしても劣化するし、購入品の保証期間が1年程度となることを考えるとRFQDの移設と同時に購入する方が良いからである。RFQDが移設されたならば、まずは装置の組み立てが必要で真空機器の構築が重要となる。そのためドライ真空ポンプの購入に2020年度の予算を当てるつもりでいる。
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