重イオンビーム発生装置の高度化に関する研究

重离子束发生器的研究进展

基本信息

批准号：
08J02746
负责人：
金末猛
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は重イオンビームの大強度化を目的とし、特に炭素ビームについて研究してきた。本年度は昨年度までの研究成果をもとに、大強度炭素イオンビーム加速を目指し、レーザーイオン源、ソレノイド磁石、RFQ線形加速器を利用した加速実験を行った。昨年度までの研究では、ソレノイド磁場をイオン源のプラズマ輸送部に印加すると加速ビーム電流が増大することを実証した。しかし、ソレノイド中を通過するレーザー生成プラズマの振る舞いを計測することができなかった。そこで、ソレノイド磁石内部に挿入可能でビーム軸垂直方向のイオン分布が測定可能な電流プローブを製作し、レーザー生成プラズマの振る舞いを磁場0～350ガウスの条件で測定した。その結果、磁場印加時にプラズマはビーム軸垂直方向に閉じ込められるが、ビーム軸方向には膨張を続けることが明らかになった。この結果はレーザーイオン源の特徴である高ピーク電流を保ちながらビームの長パルス化が可能であることを意味する。また、ソレノイド磁石下流ではイオンは電子の動きに追随し、ビーム軸垂直方向に発散する傾向にあることが判明した。次に、RFQ線形加速器とイオン源を炭素4価イオン用の条件に合わせて炭素ビーム加速実験を行った。その結果、ソレノイド磁場を900ガウスに設定した状態で、ピーク電流35.8mA、パルス幅2.1μs、粒子数1.2×10^11個の炭素4価イオンビーム加速に成功した。同様に、炭素6価イオン用条件でも加速実験を行った結果、ピーク電流32.8mA、パルス幅1.6μs、粒子数5.2×10^<10>個の炭素6価イオンビーム加速に成功した。これらの加速ビームは、従来の最大ピーク電流であり、ビームパルス幅は4倍程度増加している。以上のように、本研究によりレーザーイオン源で高ピーク電流を保ちながら長パルス化を行う方法を実証し、数十mA以上の重イオンビームが唯一加速可能なレーザーイオン源の高度化が達成された。

这项研究旨在增加重离子束的强度，并特别研究碳梁。基于直到去年的研究结果，我们使用激光离子源，电磁磁铁和RFQ线性加速器进行了加速实验，以旨在实现高强度的碳离子束加速度。直到去年，研究表明，当将电磁磁场应用于离子源的血浆传输部分时，加速光束电流会增加。但是，不可能测量激光产生的血浆穿过螺线管的行为。因此，可以在螺线管磁体内插入的电流探针，并可以在垂直于光束轴的方向上测量离子分布，并在0至350高斯的磁场的条件下测量激光生成的血浆的行为。结果，揭示了在施加磁场时沿垂直于梁轴的方向限制的等离子体，但继续沿梁轴的方向扩展。该结果意味着在保持高峰值电流的同时，可以实现梁的长脉冲，这是激光离子源的特征。还发现，离子倾向于跟随电子的运动，并在垂直于螺线管磁体下游的梁轴的方向上差异。接下来，根据碳四含量离子的条件，使用RFQ线性加速器和离子源进行碳梁加速度实验。结果，碳四算离子束成功加速了35.8 mA，脉冲宽度为2.1μs，粒子计数为1.2×10^11，而螺线管磁场则将螺旋杆磁场设置为900高斯。同样，在碳六价离子的条件下进行加速度实验，峰值六价离子束的加速度为32.8mA，脉冲宽度为1.6μs，粒子计数为5.2×10^<10>。这些加速梁具有常规方法的最高峰值电流，并且梁脉冲宽度增加了大约四倍。如上所述，这项研究证明了一种长脉冲的方法，同时用激光离子源保持高峰值电流，从而实现了复杂的激光离子源，该源只能加速数十Ma或更多的重型离子束。