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論文

Development of laser system for laser stripping injection

原田 寛之; Saha, P. K.; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 渕 葵*; 佐藤 篤*; 金正 倫計

JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011026_1 - 011026_6, 2021/03

炭素膜を用いた荷電変換入射は、世界中で大強度陽子加速器で採用されている。それは、パルス型陽子ビームを大強度で生成する画期的な方法ではあるが、大強度がゆえに大きな課題がある。一つ目の課題は、陽子ビームの通過時もしくは衝突時に生じる膜の変形や破壊による短寿命である。もう一つの課題は、膜で散乱された粒子のビーム損失よる高放射化である。それゆえに、炭素膜に代わる非衝突型の荷電変換入射がさらなる大強度化に必要となる。そこで、本研究ではレーザーのみを使用した荷電変換入射手法を新たに考案した。その新たな手法は、「レーザー荷電変換入射」と呼ばれる。この手法を確立するために、J-PARCでは原理実証実験を計画している。本発表では、J-PARCにおけるレーザー荷電変換入射の実現に向けたレーザーシステム開発の現状を報告する。

論文

Studies of laser power reduction for the laser stripping of 400 MeV $$H^{-}$$ beam at J-PARC RCS

Saha, P. K.; 原田 寛之; 金正 倫計; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 渕 葵*; 佐藤 篤*; Liu, Y.*

JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011025_1 - 011025_7, 2021/03

We proposed and also preparing for a POP (Proof-of-Principle) demonstration of a completely non-destructive H$$^{-}$$ stripping method by using only lasers at J-PARC. To reduce the laser power, which is one of the critical issues in this case, we have studied an extensive manipulations of the H$$^{-}$$ beam as well advanced uses of the lasers in this research. These includes utilizing a dispersion derivative of the H$$^{-}$$ beam to cope with its large momentum spread, while multi-pass laser system to utilize multiple interactions of the H$$^{-}$$ beam with lasers. We have estimated that the laser power can be reduced to more than one order of magnitude by applying a combination of these two methods. The detail simulation and experimental results of the H$$^{-}$$ beam manipulations as well as development status of the multi-pass laser system are presented in this paper.

論文

J-PARCにおけるレーザー荷電変換実験に向けたレーザー開発状況

原田 寛之; Saha, P. K.; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 渕 葵*; 佐藤 篤*; 柴田 崇統*; 金正 倫計

Proceedings of 17th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.441 - 445, 2020/09

大強度陽子加速器では、線形加速器で加速された負水素イオンの2つの電子を円形加速器の入射点に設置された荷電変換用炭素膜にて剥ぎ取り、陽子へと変換しながら多周回にわたり入射することで、大強度陽子ビームを形成している。この入射手法は、大強度の陽子ビームを生成できる反面、周回する陽子ビームが膜への衝突を繰り返すため、膜の短寿命化や膜での散乱によるビーム損失が大強度ゆえに課題となっている。そのため、さらなる大強度出力を目指すには、炭素膜を用いた衝突型の荷電変換入射に代わる非衝突型の新たな入射手法が必要となる。本研究では、レーザーにて電子剥離を行う「レーザー荷電変換入射」を新たに提案し、J-PARCにおける原理実証実験を計画しており、その実験に向けたレーザーシステム開発を進めている。本発表では、レーザー荷電変換入射の概要を紹介し、レーザーシステムの開発状況を報告する。

口頭

レーザー荷電変換入射に向けた原理実証実験

原田 寛之; Saha, P. K.; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 渕 葵*; 佐藤 篤*; 金正 倫計

no journal, , 

大強度陽子加速器では、線形加速器で加速された負水素イオンの2つの電子を円形加速器の入射点に設置された荷電変換用炭素膜にて剥ぎ取り、陽子へと変換しながら多周回にわたり入射することで、大強度陽子ビームを形成している。この入射手法は、大強度の陽子ビームを生成できる反面、周回する陽子ビームが膜への衝突を繰り返すことで、ビーム自身が散乱され制御不能なビーム損失が原理的に発生する。加えて、大強度出力ではビームの衝突時の熱や衝撃による膜の破壊が生じる。大強度陽子ビームの出力や運転効率は、このビーム損失による残留線量や膜の寿命による制限が懸念される。そのため、さらなる大強度出力には炭素膜を用いた荷電変換入射に代わる新たな入射手法が必要となる。J-PARCでは、さらなる大強度化に向けて、レーザーにて電子剥離を行う「レーザー荷電変換入射」を新たに考案した。その原理実証実験に向けて、レーザーシステムの開発を進めている。本発表では、レーザー荷電変換入射の概要を紹介し、レーザーシステムの開発状況を報告する。

口頭

大強度陽子加速器におけるレーザー荷電変換入射の実現に向けた原理実証実験

原田 寛之; Saha, P. K.; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 渕 葵*; 佐藤 篤*; 柴田 崇統*; 金正 倫計

no journal, , 

大強度陽子加速器では、線形加速器で加速された負水素イオンの2つの電子を円形加速器の入射点に設置された荷電変換用炭素膜にて剥ぎ取り、陽子へと変換しながら多周回にわたり入射することで、大強度陽子ビームを形成している。この入射手法は、大強度の陽子ビームを生成できる反面、炭素膜に大量のビームを通過させる衝突型の方式であり、その膜への熱付加などによる膜の短寿命化、膜で散乱された陽子が周辺機器に衝突することによる機器の高放射化が、大強度ゆえに世界的な課題となっている。そこでJ-PARCでは、さらなる大強度出力に向けて、炭素膜に代わる非衝突型の「レーザー荷電変換入射」の方式を考案し、その原理実証実験に実施すべく、開発を進めている。本発表では、レーザー荷電変換入射の概要を紹介し、開発と実験準備の現状に加え、実験スケジュールに関しても報告する。

口頭

J-PARCにおけるレーザー荷電変換実験のための高繰り返しレーザー開発

渕 葵*; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 原田 寛之; Saha, P. K.; 佐藤 篤*; 柴田 崇統*; 金正 倫計

no journal, , 

大強度陽子加速器J-PARCでは、リニアックからシンクロトロンに負水素イオンを入射する際に陽子へと荷電変換をしている。現在は炭素膜を用いた手法が用いられているが、さらなる大強度化に向け、レーザーを用いた荷電変換を行うことを目指し、レーザー光源及び原理実証実験を進めている。この方式では、ドップラー効果と多段階の電子電離プロセスを考えており、高出力レーザー開発が比較的容易な波長のレーザーとその5倍波のパルスレーザーを利用することを想定している。さらに、パルスあたりのエネルギーを下げるには、光の有効利用率を高めなければならない。そのため、折り返し像転送光学系やビームシェーパーの開発を進めている。本発表では、現在開発中の高繰り返しレーザー光源や像転送光学系について報告する。

口頭

大強度陽子加速器におけるレーザー荷電変換実験

原田 寛之; Saha, P. K.; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 渕 葵*; 柴田 崇統*; 金正 倫計

no journal, , 

大強度陽子加速器では、線形加速器で加速された負水素イオンの2つの電子を円形加速器の入射点に設置された荷電変換用炭素膜にて剥ぎ取り、陽子へと変換しながら多周回にわたり入射することで、大強度陽子ビームを形成している。この入射手法は、大強度の陽子ビームを生成できる反面、炭素膜に大量のビームを通過させる衝突型の方式であり、その膜への熱付加などによる膜の短寿命化、膜で散乱された陽子が周辺機器に衝突することによる機器の高放射化が、大強度ゆえに世界的な課題となっている。そこでJ-PARCでは、さらなる大強度出力に向けて、炭素膜に代わる非衝突型の「レーザー荷電変換入射」の方式を考案し、その原理実証実験に実施すべく、開発を進めている。本発表では、レーザー荷電変換入射の概要を紹介し、開発と実験準備の現状に加え、実験結果に関しても初めて報告する。

口頭

大強度陽子加速器におけるレーザ荷電変換実験用レーザー装置開発

渕 葵*; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 原田 寛之; Saha, P. K.; 柴田 崇統*; 金正 倫計

no journal, , 

大強度陽子加速器では、線形加速器で加速された負水素イオンビームを陽子へと荷電変換しながら入射することで大強度ビームを生成している。この入射手法は、大強度の陽子ビームを生成できる反面、炭素膜に大量のビームを通過させる衝突型の方式であり、その膜への熱付加などによる膜の短寿命化、膜で散乱された陽子が周辺機器に衝突することによる機器の高放射化が、大強度ゆえに世界的な課題となっている。そこでJ-PARCでは、さらなる大強度出力に向けて、炭素膜に代わる非衝突型の「レーザー荷電変換入射」の方式を考案し、その原理実証実験に実施すべく、開発を進めている。本研究では、レーザー開発,像転送共振器の開発を行い、J-PARCにおいてレーザー荷電変換実験を開始した。その実験の結果、0.57%の荷電変換を確認でき、目標99%に向けた大きな一歩となった。本発表では、開発したレーザーシステムや光学系を説明し、レーザー荷電変換実験の最初の結果を報告する。

口頭

レーザー荷電変換による400MeV $$H^0$$原子からのDopplerシフトBalmer分光測定装置の開発・校正

柴田 崇統*; 原田 寛之; Saha, P. K.; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 渕 葵*; 金正 倫計

no journal, , 

J-PARCでは、陽子ビームのさらなる大強度化に向け、現在の炭素膜に代わり非破壊で陽子に変換するための、レーザー荷電変換試験を計画している。レーザー荷電変換過程で、中性水素$$H^0$$を励起した$$H^0*$$を経由するシナリオを考えている。その実験のためには、$$H^0$$のエネルギー準位とその励起効率を把握する必要がある。本研究では、励起$$H^0$$から放出される光を分光し検出する分光測定装置を開発している。本発表では、レーザー荷電変換で重要な分光測定装置の開発状況を報告する。

口頭

J-PARCにおけるレーザー荷電変換実験

原田 寛之; Saha, P. K.; 吉本 政弘; 金正 倫計; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 渕 葵*; 柴田 崇統*

no journal, , 

大強度陽子加速器では、線形加速器で加速された負水素イオンビームを陽子へと荷電変換しながら入射することで大強度ビームを生成している。この入射手法は、大強度の陽子ビームを生成できる反面、炭素膜に大量のビームを通過させる破壊型の方式であり、膜の短寿命化、膜での散乱粒子による機器の高放射化が、大強度ゆえに世界的な課題となっている。そこでJ-PARCでは、さらなる大強度出力に向けて、炭素膜に代わる非破壊型の「レーザー荷電変換入射」の方式を考案し、その原理実証実験に実施すべく、開発を進めてきた。本研究では、レーザー開発、像転送共振器の開発を行い、2回目となるレーザー荷電変換実験を実施した。レーザーとイオンビーム間の時空間マッチングに成功した。その結果、前回の0.57%の30倍となる16.8%の荷電変換効率を達成した。本発表では、レーザー荷電変換実験の概要とその結果を報告する。

口頭

ピコ秒パルス列レーザーによるJ-PARCレーザー荷電変換

渕 葵*; 原田 寛之; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; Saha, P. K.; 吉本 政弘; 金正 倫計; 柴田 崇統*

no journal, , 

大強度陽子加速器施設J-PARCでは、炭素膜に代わる非破壊型の「レーザー荷電変換入射」の方式を考案し、開発を進めている。さらに、非破壊型のビームプロファイルモニタの開発もビーム運転の安定化には重要である。本研究では、それに向けてレーザー光源開発、マルチパス共振器の開発を行い、2回目となるレーザー荷電変換実験を実施した。レーザー光源開発では、5台のレーザー増幅器のそれぞれのタイミングをずらし、出力レーザーが時間的に平坦なパルス構造のレーザーを出力させることに成功した。マルチパス共振器開発では、照射レーザーを折り返し、16パルスのレーザーを照射点に同時集光することに成功した。その結果、前回の0.57%の30倍となる16.8%の荷電変換効率を達成した。本発表では、レーザー光源開発とマルチパス共振器開発の成果を報告する。

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