負ミュオンマイクロビーム生成のためのフラットトップ高周波加速空洞の開発

2019 年度 実績報告書

• 研究領域: 宇宙観測検出器と量子ビームの出会い。新たな応用への架け橋。
• 研究課題/領域番号: 19H05194
• 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: 山崎 高幸 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教 (40632360)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 加速器 / ミュオン / 量子ビーム

研究実績の概要

本研究では、ミュオンマイクロビーム生成の鍵となるフラットトップRF加速空洞を開発する。RF電場のフラットトップ部でエネルギー分散を抑制しながら超低速ミュオンを再加速することで極めて小さなエネルギー分散を持ち、色収差の影響を受けずにマイクロビーム収束が可能となる。このフラットトップRF加速空洞として、周波数・サイズの制限から従来型の同軸共振器とは異なり、公開特許（2002-43097）に基づき両端にショート端を持つ新たな1/2波長同軸共振器を世界で初めて開発する。
2019年度は、CST Microwave Studioを用いて詳細な3次元RFシミュレーションを行い、RFカプラや周波数チューナーを含めた共振器の形状を詳細設計を完了した。共振周波数やQ値、Sパラメータの設計値は必要十分な性能が得られており、実機の製作を行った。

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

2019年度は、CST Microwave Studioを用いて詳細な3次元RFシミュレーションを行い、RFカプラや周波数チューナーを含めた共振器の形状を詳細設計を完了した。共振周波数やQ値、Sパラメータの設計値は必要十分な性能が得られており、実機の製作を行った。今後、実機を組み立ててRFパワーを投入して実機の性能評価を行う。

今後の研究の推進方策

2020年度中に新規開発したフラットトップRF加速空洞を組み立て、RFパワーを投入して実機の性能評価を行う。共振周波数やQ値、Sパラメータ、周波数可変性などの項目を測定し、CST Microwave Studioによる3次元RFシミュレーションとの比較を行い、1/2波長同軸共振器の理解を深める予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Muon Cyclotron for Transmission Muon Microscope (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Yamazaki, Y. Nagatani, Y. Miyake, T. Adachi, J. Ohnishi, A. Goto, Y. Kumata, S. Kusuoka, T. Onda, and H. Tsutsui
  • 雑誌名: Proceedings of the 22nd International Conference on Cyclotrons and their Applications 巻: - ページ: 209～212
  • DOI: 10.18429/JACoW-Cyclotrons2019-TUP024
  • オープンアクセス
• [学会発表] Muon Cyclotron for Transmission Muon Microscope (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Yamazaki, Y. Nagatani, Y. Miyake, T. Adachi, J. Ohnishi, A. Goto, Y. Kumata, S. Kusuoka, T. Onda, and H. Tsutsui
  • 学会等名: International Conference on Cyclotrons and their Applications (CYC2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of a flat-top RF acceleration cavity for negative muon microbeam production (2019)
  • 著者名/発表者名: 山崎高幸
  • 学会等名: 新学術領域研究「宇宙観測検出器と量子ビームの出会い。新たな応用への架け橋。」ワークショップ
• [備考] 高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所 ミュオン科学研究系
  • URL: https://www2.kek.jp/imss/msl/
• [備考] 宇宙観測検出器と量子ビームの出会い。新たな応用への架け橋。
  • URL: https://member.ipmu.jp/SpaceTech_to_QuantumBeam/