１０～１０００テスラ級パルス強磁場が拓く高エネルギー粒子科学

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 26610074
• 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: 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)
• 研究分担者: 金道 浩一 東京大学, 物性研究所, 教授 (20205058)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 高エネルギー粒子科学

研究実績の概要

室内で 50 ～ 700テスラを可能とした超強磁場技術に、本件代表者が開発してきた短パルス化技術を組み合わせ、素粒子原子核や核融合研究で対象とする人工高エネルギー粒子生成・制御、及び、粒子応用に関する研究を開始しました。従来技法の10～100倍の磁束密度の展開により、超高エネルギー粒子の生成や高エネルギー高密度領域の形成、新たな核反応プロセスの探索等、広範囲な研究分野で飛躍的発展が期待できます。本研究課題では事前初期検討で高評価だった6項目: (1) 高エネルギー粒子制御、(2) プラズマ閉じ込め、(3) 短波長放射光、(4) ミュー粒子生成、(5) dense matter、(6) 高繰り返し円形加速器、に関して制御可能領域を理論的に探索し、詳細研究へ繋ぐ指針を構築します。また、工学的観点から、新型短パルス電磁石の試作し、その性能検証試験を実施します。得られた知見を用い、MeV級ハドロンの局所閉じ込め実験の具体的なシナリオの作成を目指します。
本年度は３年計画の２年度目に相当します。初年度から理論的に検討してきた (1), (4), (6) に関して、学術論文の形で成果をまとめ、専門学術誌に特集号の一部として投稿しました。また、全項目に関して、インフォーマルミーティングとシンポジウムを開催し、より多くの情報の収集とより深い議論を行いました。他方、工学的観点から、強磁場コイルを試作し、最大強度試験を実施しました。目標磁束密度１０テスラに対して、最大５４テスラを確認しました。安全係数５程度を確保できたことが確認できました。本年度は各担当者の尽力により初年度の遅れを回復し、ほぼ全ての項目に関して期待した成果を得ることができました。次年度（最終年度）は、本年度の成果をもとにより広い検討を行う予定です。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

強磁場発生器の試作及び試験によって、目標性能の５倍の最高磁場を達成し、当初目標を越える安全係数５を確保できました。また、シンポジウム開催等理論研究に関しても広い情報が得られており、当初目標をほぼ達成した形となっております。

今後の研究の推進方策

実証研究は性能検証試験の妥当性の評価、追実験を行い、研究の信頼性の向上、及び、更なる性能向上を目指します。理論研究は、引き続き、応用展開に関して更なる情報の収集と検討を行っていく予定です。

次年度使用額が生じた理由

より精度の高い情報を得るため、強磁場コイル試作器の性能試験項目を増やし、改良等を次年度に延期したため。

次年度使用額の使用計画

増強強磁場コイル製作、及び、関連消耗品に使用する予定。

研究成果

• [雑誌論文] Transverse Dynamics for Super-Rapid Acceleration in Circular High-Energy Particle Accelerators (2015)
  • 著者名/発表者名: Eiji Nakamura
  • 雑誌名: International Journal of Advanced Applied Physics Research 巻: 2-2 ページ: 1,6
  • DOI: 10.15379/2408-977X.2015.02.02.1
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Conceptual Design of Rapid Circular Particle Accelerator Using High-Gradient Resonant Cavities with Fixed Frequency (2015)
  • 著者名/発表者名: Eiji Nakamura, et al.
  • 雑誌名: International Journal of Advanced Applied Physics Research 巻: 2-1 ページ: 8,18
  • DOI: 10.15379/2408-977X.2015.02.01.2
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Opening talk of the scientific research symposium on middle range energy production: power supply systems on demand by pulsed operation for nuclear fusion, following conventional fusion methods and using fundamental methods promoted rapidly in this decade (2015)
  • 著者名/発表者名: Eiji Nakamura
  • 学会等名: The 32nd annual meeting of the Japan Society of Plasma Science and Nuclear Fusion Research (JSPF)
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-11-27
• [学会発表] Requirements of compact pulsed nuclear fusion reactors for middle energy production (2015)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Sato, Eiji nakamura
  • 学会等名: The 32nd annual meeting of the Japan Society of Plasma Science and Nuclear Fusion Research (JSPF)
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-11-27
• [学会発表] Recent Progress on Nuclear Fusion Research Projects and Demands for Compact Reactor (2015)
  • 著者名/発表者名: Inagaki Shigeru
  • 学会等名: The 32nd annual meeting of the Japan Society of Plasma Science and Nuclear Fusion Research (JSPF)
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-11-27
• [学会発表] The Future Problem of the Power System Operation under the Trend of Electricity Demand (2015)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Kondo, Haruhisa Koguchi
  • 学会等名: The 32nd annual meeting of the Japan Society of Plasma Science and Nuclear Fusion Research (JSPF)
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-11-27
• [学会発表] Current state of high-beta fusion reactor core (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomohiko Asai, Hiroshi Gota
  • 学会等名: The 32nd annual meeting of the Japan Society of Plasma Science and Nuclear Fusion Research (JSPF)
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-11-27
• [学会発表] Discussion on electricity supplies obtained from the experience at the Fukushima Nuclear Power Plant (2015)
  • 著者名/発表者名: SAKAI Izumi
  • 学会等名: The 32nd annual meeting of the Japan Society of Plasma Science and Nuclear Fusion Research (JSPF)
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-11-27
• [学会発表] Opening talk of the informal meeting IF9 on middle range energy production: power supply systems on demand by pulsed operation for nuclear fusion, following conventional fusion methods and using fundamental methods promoted rapidly in this decade (2015)
  • 著者名/発表者名: Eiji Nakamura
  • 学会等名: The 32nd annual meeting of the Japan Society of Plasma Science and Nuclear Fusion Research (JSPF)
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-11-26
• [学会発表] High-energy particle handling by using 50 T class pulsed magnets (2015)
  • 著者名/発表者名: Eiji Nakamura, Koichi Kindo, Akira Matsuo, Koushi Kawaguchi, Izumi Sakai, Shin Yabukami, Masakazu Takayama, Yoshihiro Ishi, Tomonori Uesugi, Tomohiko Asai, Jun'ichi Sekiguchi, Tadafumi Matsumoto, Takahiro Edo, Haruhisa Koguchi, Tsukasa Nakamura, Fumio Yoshinari, Yuko Nakamura, Shigeru Inagaki
  • 学会等名: The 32nd annual meeting of the Japan Society of Plasma Science and Nuclear Fusion Research (JSPF)
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-11-25