2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a brightness enhancement method of a positron beam for generating high density positroniums
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17H02820
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
大島 永康 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (00391889)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石田 明 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00647670)
満汐 孝治 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (10710840)
ORourke Brian 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (60586551)
甲斐 健師 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 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究副主幹 (70403037)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 高密度陽電子バンチ / 高輝度陽電子ビーム / 高密度ポジトロニウム / ボース・アインシュタイン凝縮(BEC) / 高効率ポジトロニウム生成・閉じ込め材料 / 陽電子減速拡散シミュレーター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電子と陽電子の束縛系であるポジトロニウム（Ps）のボース・アインシュタイン凝縮(BEC)は、反物質に働く重力の精密測定や消滅ガンマ線レーザー発生に道を拓く興味深い系であるが、未だに実現されていない。本研究の目的は、Ps-BEC 実現で最大の障害となっている超高密度Psの生成技術を開発することである。研究中のスキームでは、超高輝度陽電子バンチをPs生成ターゲットに打ち込むことで超高密度Ps生成を目指しており、本年度は、以下の進展があった。
産業技術総合研究所（産総研）の陽電子利用施設に、陽電子バンチビーム発生実験のための陽電子ビームポートを増設し、その下流側に陽電子蓄積装置を設置した。陽電子ビームポートの陽電子ビーム輸送に成功し、陽電子蓄積装置に陽電子が蓄積され始めている。また、陽電子ビーム発生部を改良したことで、ビーム発生強度の増強に成功した。
高エネルギー加速器研究機構（高エネ研）の陽電子利用施設を用いて、Psとレーザーとの相互作用を確認する実験を行った。エネルギー 5 keVのパルス陽電子ビームを磁気レンズで集束してPs生成ターゲットに打ち込み、その際、レーザーを同期して照射したことで、Psとレーザーの相互作用の基礎データ取得に成功した。
陽電子バンチをPs生成ターゲットに打ち込んだ際の陽電子減速・拡散シミュレーター（モンテカルロ計算コード）を開発した。本シミュレーターは、ターゲット中における陽電子衝突のみならず、クーロン斥力における空間電荷効果を取り入れることが可能であるため、陽電子バンチ発生装置とPs生成ターゲットの開発の効率化が期待できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
陽電子の輝度増強に必要な実験デバイスである陽電子ビームポートおよび陽電子蓄積装置を開発し、それらを用いて基礎実験を開始した。既に、陽電子蓄積装置内に陽電子が蓄積され始めており、実験条件の最適化を進めている。
高エネ研の陽電子利用施設を用いて、Psとレーザーとの相互作用を確認するための実験を行い、基礎データを得ることに成功した。陽電子ビームの磁気集束レンズを試作し、その性能の実験的評価を行ったことで、高性能集束レンズ開発の知見を得ることができた。
Ps生成・閉じ込めターゲットとして、微細穴加工した新規機能性シリカガラス材料、ゾル－ゲル法により成膜した多孔質シリカ薄膜を試作し、これらのPs生成特性（Psの真空中へのエスケープを防ぐキャッピング効果等）について、産総研の陽電子ビームを用いて評価した。
高密度Ps生成法として、輝度増強後の陽電子バンチビームをPs生成ターゲットに打ち込むスキームを検討しているが、ターゲットのチャージアップ問題等の定量的解析ができていない。定量的解析を進めるため、陽電子バンチをターゲットに打ち込んだ際の陽電子減速・拡散を模擬する動力学計算コードを開発した。
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| Strategy for Future Research Activity |
陽電子の高密度バンチビームを発生するために必要な実験デバイス（蓄積装置からの引き出し用ビームライン、バンチャー、輝度増強装置）の開発を進める。得られた高密度陽電子バンチビームとレーザーとの同期照射実験を開始し、高密度Psとレーザーとの相互作用の解明を進める。輝度増強装置に用いるレンズの設計では、収差効果の低減に取り組む。
高エネ研の陽電子利用施設を用いて、Psとレーザーとの相互作用を確認するための実験を行い、レーザー冷却法や温度測定法の要素技術の開発を進める。特に、レーザーの照射パワー依存性、ターゲットの種類の依存性を調べ、Psレーザー冷却技術、温度測定技術の高度化の指針を得る。
陽電子バンチ発生装置とPs生成ターゲットの設計指針を得るため、昨年度に開発したシミュレーターを用いて、Psターゲットに打ち込んだ陽電子バンチの減速と拡散の様子を、様々な初期条件の下（陽電子ターゲット材料種依存性や陽電子バンチ密度依存性、他）で計算する。これらのシミュレーションを通して、陽電子の超高密度化に伴う新たな物理現象を解明する。また、シミュレーターにおいてバンチを構成する陽電子数を最大条件にまで増大できるよう、計算コードの短縮化・並列化を実施する。
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[Journal Article] Study on positronium Bose-Einstein condensation2018
Author(s)
A. Ishida, K. Shu, T. Murayoshii, F. Xing, T. Namba, S. Asai, K. Yoshioka, M. Kuwata-Gonokami, N. Oshima, B. E. O’Rourke, R. Suzuki
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Journal Title
JJAP Conference Proceedings
Volume: 7
Pages: 011001-1, 10
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Recent Progress towards Positronium Bose-Einstein Condensation2019
Author(s)
K. Yamada, K. Shu, K. Hashidate, A. Ishida, T. Namba, S. Asai, M. Kuwata-Gonokami, Y. Tajima, C. Eumni, K. Yoshioka, N. Oshima, B E O’Rourke, K. Michishio, K. Ito, K. Kumagai, R. Suzuki, S. Fujino, T. Hyodo, I. Mochizuki, K. Wada
Organizer
The 11th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms
Int'l Joint Research
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[Presentation] ボース・アインシュタイン凝縮を目指したポジトロニウム冷却III2019
Author(s)
山田恭平, 周健治, 橋立佳央理, 石田明, 難波俊雄, 浅井祥仁, 五神真, 田島陽平, 蔡恩美, 吉岡孝高, 大島永康, オロークブライアン, 満汐孝治, 伊藤賢志, 熊谷和博, 鈴木良一, 藤野茂, 兵頭俊夫, 望月出海, 和田健
Organizer
日本物理学会第74回年次大会
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[Presentation] Development of cooling system for positronium2018
Author(s)
K. Shu, K. Yamada, A. Ishida, T. Namba, S. Asai, E. Chae, K. Yoshioka, M. Kuwata-Gonokami, N. Oshima, B. E. O’Rourke, K. Michishio, K. Ito, K. Kumagai, R. Suzuki, S. Fujino, T. Hyodo, I, Mochizuki, K. Wada, K. Kawai
Organizer
18th International Conference on Positron Annihilation
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Positron focusing system and positronium thermalization measurement for realizing postronium Bose-Einstein condensation2018
Author(s)
A. Ishida, K. Shu, K. Yamada, T. Namba, S. Asai, E. Chae, K. Yoshioka, M. Kuwata-Gonokami, N. Oshima, B. E. O’Rourke, K. Michishio, K. Ito, K. Kumagai, R. Suzuki, S. Fujino, T. Hyodo, I. Mochizuki, K. Wada, K. Kawai
Organizer
18th International Conference on Positron Annihilation
Int'l Joint Research
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