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2022 年度 実施状況報告書

永久磁石を用いた大強度ビーム輸送用複合多重極磁気デバイスの開発

研究課題

研究課題/領域番号 21K17996
研究機関国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

研究代表者

不破 康裕  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, 研究職 (00817356)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワードビーム物理学 / 量子ビーム / 永久磁石 / 大強度ビーム / 加速器
研究実績の概要

量子ビームの大強度化における課題の一つである空間電荷効果によるビーム品質低下を抑制する手法として、複数の多重極磁場成分をビームラインに印加することが提案されている。本研究では、この方式によるビーム輸送を実験的に実証するため、永久磁石を用いた機能結合型多重極磁気デバイスを開発している。
3年間の研究期間における2年目にあたる令和4年度は、空間電荷効果の抑制を実現する機能結合型多重極磁石のプロトタイプを製作し、発生する磁場分布を評価することを目標とした。本研究で提案している多重極磁石は、省スペースで強力なビーム集束力を確保するために永久磁石を使用することとし、集束磁場の主成分となる4極磁場に加えて空間電荷効果によるビーム発散力を補正するための8極磁場成分を同時に発生させることができる機能を有するものである。また、8極磁場による空間電荷効果の補正をビーム試験で実証するためには、4極磁場成分を変化させることなく8極磁場成分の強度を変調させる必要があった。そのため、プロトタイプ磁石の磁気回路は、4極磁場を発生させる永久磁石と8極磁場を発生させる永久磁石を分けた構造として設計し、8極磁場を発生させるための磁石材料にはそれらを回転させて強度を変調する機構を導入して製作した。
製作したプロトタイプ磁石に対して基礎的な磁場測定を実施し、4極成分を十分な強度で発生できること及び8極成分を必要な強度範囲で変調可能であることを検証した。

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

当初の計画において令和4年度に実施予定であった、複合多重極磁石のプロトタイプの製作及びその発生磁場の測定による磁場分布の評価を完了したことから、おおむね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

令和5年度には、製作及び基礎的な磁場評価が完了した磁石に対して、精密多重極磁場測定及びビーム輸送試験を実施し、8極磁場成分がビームに与える影響を詳細に評価する。

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウイルスの蔓延及び市場での半導体不足の影響から、当初購入を計画していた部品調達に遅れが生じ、次年度使用額が発生した。次年度使用額は、当初購入を検討していた部品と相当する性能を持つ代替品の調達なども視野に入れて計画的に必要な物品を調達することで研究計画遂行に努める。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Development of Combined-Function Multipole Permanent Magnet for High-Intensity Beam Transportation2022

    • 著者名/発表者名
      Fuwa Y.、Takayanagi T.、Iwashita Y.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 32 ページ: 1~5

    • DOI

      10.1109/TASC.2022.3176251

    • 査読あり
  • [学会発表] Design of Beam Focusing System with Permanent Magnet for J-PARC LINAC MEBT12022

    • 著者名/発表者名
      Y. Fuwa, K. Moriya, T. Takayanagi
    • 学会等名
      31st International Linear Accelerator Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] J-PARC LINAC MEBT1 ビーム集束系への永久磁石適用に関する検討2022

    • 著者名/発表者名
      不破 康裕,高柳 智弘,守屋 克洋
    • 学会等名
      第19回日本加速器学会年会

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公開日: 2023-12-25  

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