クリスタルビームの基礎物性に関する研究

晶体梁基本物理性质研究

基本信息

批准号：
13874034
负责人：
岡本宏己
金额：
$ 1.73万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度まで使用していた分子動力学コード"SOLID"に大幅な改良を加え、実際のレーザー冷却過程がほぼ正確にシミュレートできるようにした。具体的には、単位数値積分ステップ当たりのレーザーフォトン吸収回数を算定した上で、モンテカルロ計算を行っている。これにより、フォトンの吸収および放出時における確率的な拡散加熱効果(一種のランダムウォーク)が導入可能になった。また、冷却セクション中でのレーザービーム径の変化も取り入れている。この改良型コードを用いて、とくに線密度の低いビームのレーザー冷却シミュレーションを系統的に実行してきた。データはまだ予備的であるが、(1).共鳴結合法を適用しない限り、横方向自由度を効率良くレーザー冷却するのはきわめて困難であること、(2).運動量分散効果による結晶状態の不安定化が予想通り厳しく、現実の蓄積リングでビーム結晶化を達成するためには、非常に綿密なラティスの最適化が必要であること、などが強く示唆されている。SOLIDの改良バージョンによる数値計算にはかなりの時間を要する上、ルンゲクッタ積分法が用いられているためロングタームの粒子トラッキングには不向きである。この点に鑑み、現在全く新しい分子動力学コードの開発を行っている。新コードは改良版SOLIDの利点をすべて含んでいるだけでなく、数値積分はシンプレクティックに実行する。また、様々な初期分布の設定や、ビームとラティスの整合も自動的に達成できるルーチンも加わっている。他方、本研究で得られた知見に基づき、京都大学で建設中の小型クーラー蓄積リング(LSR)のラティス特性を吟味した。低次共鳴現象の発生条件や結晶基底状態の安定性等を考慮し、LSRの基本パラメータを設定すると同時に、SOLIDを使ったシミュレーションも行った。

我们对去年使用的分子动力学代码“SOLID”进行了重大改进，使得几乎准确地模拟实际的激光冷却过程成为可能。具体地，在计算每单位数值积分步骤的激光光子吸收的数量之后进行蒙特卡罗计算。这使得在光子吸收和发射过程中引入随机扩散热效应（一种随机游走）成为可能。它还结合了冷却部分激光束直径的变化。使用这个改进的代码，我们系统地进行了激光冷却模拟，特别是对于低线密度的光束。尽管数据仍处于初步阶段，（1）除非采用共振耦合方法，否则要有效地激光冷却横向自由度是极其困难的，（2）由于动量色散效应，晶态发生变化。正如预期的那样严重，强烈表明需要非常仔细的晶格优化才能在实际存储环中实现束流结晶。使用改进版本的 SOLID 进行数值计算需要相当长的时间，而且龙格-库塔积分方法不适合长期粒子跟踪。鉴于这一点，我们目前正在开发一种全新的分子动力学代码。新代码不仅包含改进后的 SOLID 的所有优点，而且还执行数值积分辛。此外，还添加了例程以自动实现各种初始分布设置和光束与晶格的对齐。另一方面，根据本研究中获得的知识，我们检查了京都大学目前正在建造的小型冷却器存储环（LSR）的晶格特性。在考虑低阶共振现象发生的条件和晶体基态稳定性的同时，设定了LSR的基本参数，同时使用SOLID进行了模拟。