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2013 年度 実績報告書

実験室加速器物理の創成~非中性プラズマ制御技術に基づく先進粒子加速器の設計研究

研究課題

研究課題/領域番号 24340053
研究機関広島大学

研究代表者

岡本 宏己  広島大学, 先端物質科学研究科, 教授 (40211809)

研究分担者 檜垣 浩之  広島大学, 先端物質科学研究科, 准教授 (10334046)
伊藤 清一  広島大学, 先端物質科学研究科, 助教 (70335719)
大見 和史  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 (10194292)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード加速器 / 荷電粒子ビーム / 非中性プラズマ / 空間電荷効果 / イオントラップ / ソレノイドトラップ
研究概要

加速器が生み出す荷電粒子ビームは基礎科学から産業・放射線医療まで多種多様な分野で活用されており,現代社会に不可欠な先進的道具となっている。このためビーム性能の更なる向上が各方面で強く求められている。本研究は,質の高い次世代ビームにおいて顕在化し,その安定性に深刻な影響を与える複雑な非線形多体現象(とりわけ、クーロン自己場に起因する“空間電荷効果”)の解明を目的とする。この目的のため,小型の非中性プラズマトラップを応用し,大規模かつ高価な加速器に依拠することなく,実験室レベルでビームダイナミクスの基礎研究を幅広く展開する。
昨年度構築した“ペニング・マルンバーグ型トラップ(PMT)”の動作試験を行い,純電子プラズマを安定に閉じ込めることに成功した。並行して,既存のPMTを用いた,ビームハロー形成過程に関する実験的研究を実施した。今年度後半はとくに,電子ビームの入射条件の差が,その後形成されるプラズマの安定性に及ぼす影響について多角度から検討を加えた。その結果,電子ビームの入射エネルギーや電子銃のグリッド電圧に依存する,プラズマ不安定性の成長が確認された。不安定化の基本的メカニズムは今のところ不明で,次年度の課題となっている。実験データに対する理解を深めるため,PICコードによる純電子プラズマ生成過程の多粒子シミュレーションにも着手した。
当初の予定通り,“線形ポールトラップ(LPT)”によるビーム不安定化現象の実験観測も行った。非スケール型固定磁場強集束加速器(FFAG)における共鳴横断現象の研究は順調に進捗しており,FFAGの動作点が単一あるいは複数の整数共鳴帯を横切った際に発生するビーム損失の割合について多くの知見を得た。また,“ダブレット・ラティス”に対する共鳴不安定領域を,チューンダイアグラム上でサーベイした。

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

交付申請書に記載した研究実施計画をほぼ達成できている。

今後の研究の推進方策

今のところ、研究内容の詳細に大きな変更を加えることは考えていない。ほぼ当初の計画通りに本基盤研究を推進する予定である。

次年度の研究費の使用計画

最終的な残金が少額となったため,次年度予算と合わせて,より有効に活用するのが得策と判断した。
本研究計画を円滑に進めていく上で有効な物品の購入に充てることになる。尚,残金は少額であるため,次年度の研究計画に有意な影響は与えない。

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (14件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Experimental simulation of beam propagation over long path lengths using radio-frequency and magnetic traps2014

    • 著者名/発表者名
      H. Okamoto
    • 雑誌名

      Nucl. Instrum. Meth. A

      巻: 733 ページ: 119-128

    • DOI

      10.1016/j.nima.2013.05.085

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Experimental verification of resonance instability bands in quadrupole doublet focusing channels2014

    • 著者名/発表者名
      K. Fukushima
    • 雑誌名

      Nucl. Instrum. Meth. A

      巻: 733 ページ: 18-24

    • DOI

      10.1016/j.nima.2013.05.101

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 実験室加速器物理2013

    • 著者名/発表者名
      岡本宏己
    • 雑誌名

      日本物理学会誌

      巻: 68 ページ: 818-822

    • 査読あり
  • [学会発表] 非中性電子プラズマを用いた2次元渦の位相空間分布計測2014

    • 著者名/発表者名
      加賀千翔人
    • 学会等名
      第69回日本物理学会 年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] タンデム型線形ポールトラップを用いたAr多価イオン生成実験 II2014

    • 著者名/発表者名
      永安克志
    • 学会等名
      第69回日本物理学会 年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] イオントラップを用いたnon-scaling FFAG加速器における整数共鳴に関する理論的研究2014

    • 著者名/発表者名
      福島慧
    • 学会等名
      第69回日本物理学会 年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] レーザー冷却を応用した40Ca+イオン蓄積法の開発2014

    • 著者名/発表者名
      岩井崇晃
    • 学会等名
      第69回日本物理学会 年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] 蓄積リングS-LSRにおけるレーザー冷却を用いた極低温ビーム生成2014

    • 著者名/発表者名
      大﨑一哉
    • 学会等名
      第69回日本物理学会 年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] 矩形波印加型線形ポールトラップを用いた大強度ビームの集団共鳴不安定性に関する実験2014

    • 著者名/発表者名
      伊藤清一
    • 学会等名
      第69回日本物理学会 年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] イオントラップを用いたnon-scaling FFAG加速器における整数共鳴横断に関する実験的研究2014

    • 著者名/発表者名
      守屋克洋
    • 学会等名
      第69回日本物理学会 年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] イオントラップを用いた整数共鳴不安定性に関する実験的研究2014

    • 著者名/発表者名
      岡野稔弘
    • 学会等名
      第69回日本物理学会 年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] Parameter optimization for multi-dimensional laser cooling of an ion beam in the storage ring S-LSR2013

    • 著者名/発表者名
      Z. He
    • 学会等名
      North American Particle Accelerator Conference 2013
    • 発表場所
      California, USA
    • 年月日
      20130929-20131004
  • [学会発表] 高密度荷電粒子ビームの自己組織化と安定性2013

    • 著者名/発表者名
      岡本宏己
    • 学会等名
      RIMS共同研究発表会
    • 発表場所
      京都大学数理解析研究所
    • 年月日
      20130619-20130620
    • 招待講演
  • [学会発表] Beam crystallization. Are We There Yet?2013

    • 著者名/発表者名
      H. Okamoto
    • 学会等名
      International Workshop on Beam Cooling and Related Topics (COOL2013)
    • 発表場所
      Murren, Switzerland
    • 年月日
      20130610-20130614
    • 招待講演
  • [学会発表] Latest results of experimental approach to ultra-cold beam at S-LSR2013

    • 著者名/発表者名
      A. Noda
    • 学会等名
      International Workshop on Beam Cooling and Related Topics (COOL2013)
    • 発表場所
      Murren, Switzerland
    • 年月日
      20130610-20130614
  • [学会発表] Simulation study on transverse laser cooling and crystallization of heavy-ion beams at the cooler storage ring S-LSR2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Yuri
    • 学会等名
      International Workshop on Beam Cooling and Related Topics (COOL2013)
    • 発表場所
      Murren, Switzerland
    • 年月日
      20130610-20130614
  • [学会発表] Experimental studies of resonance crossing in linear non-scaling FFAGs with the S-POD plasma trap2013

    • 著者名/発表者名
      S. Sheehy
    • 学会等名
      4th International Particle Accelerator Conference
    • 発表場所
      Shanghai, China
    • 年月日
      20130512-20130517

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公開日: 2015-05-28  

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