大強度陽子ビームのための超高速ビームプロファイルモニターの開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13640312
• Research Institution: The High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 森本 照久 高エネルギー加速器研究機構, 工作センター, 助手 (20174451)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 武藤 豪 高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助手 (90249904) ; 町田 慎二 高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助教授 (30181671) ; 森 義治 高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 教授 (30124176) ; 本間 寿広 放射線医学総合研究所, 重粒子研究部, 主任研究官 ; 佐藤 幸夫 放射線医学総合研究所, 重粒子研究部, 室長
• Keywords: 加速器 / ビームモニター / プロファイル / 分子線

Research Abstract

放射線医学総合研究所・サイクロトロン実験室にて開発を行っている。
1)シートビーム(分子線)密度の増強
高圧力(3〜6気圧)でノズルから出射される分子線は、ショックやスリットでの散乱により、時間とともに強度が減少しある時間で平衡に達する(ポンプ時定数〜l00msec)。はじめこの平衡に達したビームを用いたが、強度を増強するにはポンプの排気量を増強するしか手がないところまで来た。これに対しパルス化(300〜500μsec)した分子線の立上がり部ではさらに高い強度が得られた。ノズルとスキマーの改良も行い、ノズルの60cm下流における強度は、3×10^<-6>Torr(1.2×10^<11>分子/cc)となり、目標の10^<11>分子/cc領域に入った(窒素・酸素)。
2)光計測実験
サイクロトロンビームでは大強度ビームの実験ができないため、一様なガス(シートではない)と陽子ビームとの衝突における光検出実験(Gated Image Intensifier Camera)を行った。窒素、酸素、アルゴン、二酸化炭素ガスの比較を行ったが、可視域では窒素からの光強度が一番高かった。測定結果からは、1×l0^<-5>Torr程度のシート密度があれば、10^<14>陽子/bunchからの光を単バンチ時間内で計測できることがわかった。これは現在の光増幅器の範囲内の見積もりである。本番の大強度ビームではさらに高ゲイン(数10倍)の検出器で、数バンチ時間内以下の高速性が見こまれる。
3)電離イオン検出によるビームモニター
シートビーム(7×lO^<-7>Torr)を用いて、サイクロトロン陽子ビーム(8MeV)の電離衝突で発生するイオンをMCPで増幅し、2)の光検出器で計測した。この場合5μAビームで、最速で25μsecのゲート時間でビームプロファイルを検出できた。この陽子数は8×10^8個であり、大変高い感度でのプロファイル検出となった。

Research Products

• [Publications] Y.Hashimoto, T.Morimoto, et al.: "Development of a Non-Destructive Beam Profile Monitor Using a Gas Sheet"Proc. Particle Accelerator Conference 2001. 1631-1633 (2001)
• [Publications] Y.Hashimoto, T.Morimoto, et al.: "Development of a gas-sheet beam profile monitor"Proc. Asian Particle Accelerator Conference 2001. 791-793 (2001)