| 研究課題/領域番号 |
20K12502
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| 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 |
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研究代表者 |
栗本 佳典 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 (70597559)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 陽子加速器 / 空間電荷効果 / 電子銃レンズ |
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| 研究実績の概要 |
電子銃レンズの設計仕様を決めるため、当該装置による補償対象となる大強度陽子加速器J-PARC Main Ringにおける空間電荷効果のシミュレーションを行ったところ、空間電荷効果由来となる高次のベータトロン共鳴がビーム損失に寄与していることを突き止めた。また、この効果はビーム強度が大きくなるにつれて顕著になることも分かった。当初は、陽子ビームがつくる空間電荷ポテンシャルをすべて補償するような20 A程度の大電流の電子銃レンズを想定していたが、このシミュレーション結果によると、高次の効果だけでも補償できれば、0.1 %- 1 %の電流値でも十分に効果を発揮できる可能性があり、その場合には、実機の早期実現が期待できる。
そこで、電子銃の高圧電源を設計するという当初の計画を変更し、J-PARC Main Ringの空間電荷効果ポテンシャルのどの多極成分がビーム損失に寄与しているかの詳細な解析を行うことにした。その結果、ビーム軸に垂直なxy平面（xは水平方向、yは鉛直方向）上の二次元空間電荷ポテンシャルを考えた時、y^8に比例する成分がビームロスに寄与していることが分かった。このような高次の効果は、いわゆるRapid Cycleのシンクロトロンでは観測できず、J-PARC Main Ringのような秒オーダーの長いサイクル周期をもつ加速器特有の新しい現象だと考えられ、ビーム増強への障壁になり得る。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
研究実績に記載したように、J-PARC Main Ringのシミュレーションを進めていくうちに、より小さい電流値の電子銃レンズでも大強度陽子加速器のビーム損失を十分に減らせることが分かったため、電子銃の高圧電源を設計するという当初の計画を変更し、J-PARC Main Ringの空間電荷効果ポテンシャルのどの多極成分がビーム損失に寄与しているかの詳細な解析を行うことにした。これにより、ハードウェアの設計は遅れている。一方で、空間電荷ポテンシャルのy^8の成分を主に補償すれば十分だという新たな知見が得られた。
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| 今後の研究の推進方策 |
大強度陽子加速器J-PARC Main Ringの空間電荷ポテンシャルのy^8の成分を補償するプロファイルになるように電子銃の設計を行う。また、並行してそのプロファイルの電子銃を用いたときにJ-PARC Main Ringのビーム損失がどのように応答するかのシミュレーションを行う。さらに、当初予定していた電子銃の電源の作成も行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
J-PARC Main Ringのシミュレーションを進めていくうちに、より小さい電流値の電子銃レンズでも大強度陽子加速器のビーム損失を十分に減らせることが分かり、電子銃の高圧電源を設計するという当初の計画を変更し、J-PARC Main Ringの空間電荷効果ポテンシャルのどの多極成分がビーム損失に寄与しているかの詳細な解析を行うことにしたため、ハードウェアの設計は遅らせた。したがって、当初計画していた電子銃の高圧電源の製作を次年度に行う。
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