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論文

Development of inter-digital H-mode drift-tube linac prototype with alternative phase focusing for a muon linac in the J-PARC muon g-2/EDM experiment

中沢 雄河*; 飯沼 裕美*; 岩田 佳之*; 岩下 芳久*; 大谷 将士*; 河村 成肇*; 三部 勉*; 山崎 高幸*; 吉田 光宏*; 北村 遼; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012054_1 - 012054_7, 2019/12

 被引用回数:4 パーセンタイル:91.34

J-PARC E34実験用の交差櫛形Hモードドリフトチューブリニアック(IH-DTL)を開発している。このIH-DTLはミューオンを0.34MeVから4.5MeVまで加速周波数324MHzで加速する。さらに、交換収束法を用いるため、横方向の収束が電場のみでなされ、磁場収束に比べて収束力が弱い。そのため、入射マッチングが重要になる。そのためプロトタイプを製作し、ビーム特性を検証する計画である。この論文では、IH-DTLプロトタイプのためのチューナーやカップラーの開発、特に低電力測定結果について述べる。

論文

Negative muonium ion production with a C12A7 electride film

大谷 将士*; 深尾 祥紀*; 二ツ川 健太*; 河村 成肇*; 的場 史郎*; 三部 勉*; 三宅 康博*; 下村 浩一郎*; 山崎 高幸*; 長谷川 和男; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012067_1 - 012067_6, 2019/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:75.34

負ミューオニウムはそのユニークな性質から様々な科学の分野で応用される可能性がある。1980年代に真空中で初めて生成されて以来、仕事関数の低い物質を用いて負ミューオニウム生成効率を高めることが議論されてきた。アルミナセメントの構成物質であるC12A7は良く知られた絶縁体であるが、電子をドープすることで導体として振舞うことが近年発見された。このC12A7エレクトライドは2.9eVという比較的低い仕事関数を持ち、負イオン生成効率を示すと期待されている。本論文では、従来用いていたアルミニウム、C12A7エレクトライド、さらにステンレスターゲット用いた負ミューオニウムイオン生成効率の比較について述べる。測定された生成率は10$$^{-3}$$/sであり、現状セットアップではエレクトライドにおいても大きな生成率向上は確認されず、表面状態をより注意深く整える必要であることが推定される。また、生成された負ミューオニウムの平均エネルギーに材質依存はなく、0.2$$pm$$0.1keVであった。

論文

Disk and washer coupled cavity linac design and cold-model for muon linac

大谷 将士*; 二ツ川 健太*; 三部 勉*; 内藤 富士雄*; 長谷川 和男; 伊藤 崇; 北村 遼; 近藤 恭弘; 森下 卓俊; 飯沼 裕美*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012097_1 - 012097_7, 2019/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:75.34

ミューオン異常磁気モーメント測定および電気双極子モーメント探索実験用ミューオンリニアックの中エネルギー部用ディスクアンドワッシャ型(DAW)結合空洞リニアック(CCL)を開発している。このリニアックは、ミューオンを$$beta$$=0.3から0.7まで、加速周波数1.3Hzで加速する。本論文では、DAW CCLの空洞設計, ビーム力学設計、および空洞低電力モデルの測定結果について述べる。ビーム力学設計においては透過率100%で加速できる設計を行うことができ、問題となるようなエミッタンス増大もシミュレーションでは見られなかった。空洞設計においては、$$beta$$=0.3, 0.4, 0.5, 0.6用のセル設計を行った。コールドモデルの測定では、0.1%の精度で設計値の1.3GHzと一致していることが確認できた。

論文

Beam commissioning of muon beamline using negative hydrogen ions generated by ultraviolet light

中沢 雄河*; Bae, S.*; Choi, H.*; Choi, S.*; 飯嶋 徹*; 飯沼 裕美*; 河村 成肇*; 北村 遼; Kim, B.*; Ko, H. S.*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 937, p.164 - 167, 2019/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:26.4(Instruments & Instrumentation)

再加速された熱ミューオンビームを用いたミューオンの異常磁気モーメント及び電気双極子モーメント精密測定実験用のミューオンリニアックを開発中である。このリニアックのためのUV光駆動の負水素イオン源を開発した。ミューオン加速実験の前にこのイオン源を用いたビームラインの調整を行った。加速ミューオンの分別に必要な偏向電磁石の磁場強度を負水素ビームを用いて確認することができた。このイオン源はミューオンビームラインのコミッショニングに広く用いることができる。

論文

Development of the longitudinal beam monitor with high time resolution for a muon linac in the J-PARC E34 experiment

四塚 麻衣*; 飯嶋 徹*; 居波 賢二*; 須江 祐貴*; 飯沼 裕美*; 中沢 雄河*; 齊藤 直人; 長谷川 和男; 近藤 恭弘; 北村 遼; et al.

Proceedings of 10th International Particle Accelerator Conference (IPAC '19) (Internet), p.2571 - 2574, 2019/06

J-PARC E34実験はミューオンの異常磁気モーメントと電気双極子モーメントの高精度測定を目標にしている。この実験では、室温で生成されたミューオニウムをレーザー共鳴方でイオン化した超低速ミューオンを多段のリニアックで加速したミューオンビームを用いる。実験の要請を満たすには加速中のエミッタンス増大を抑えることが必要である。エミッタンス増大の主要な要因の一つは異なった加速構造間でのビームの不整合であるので、これらを測定するための縦横両方向のビームモニタが重要である。このうち、324MHzの加速構造の縦方向測定を行うモニタは、その加速周期の1%の時間分解能が要求される。さらに、ビーム調整段階でのミューオンビーム強度が非常に低いので、ミューオン1つに対する感度が必要である。これらの要求を実現するために、我々はマイクロチャンネルプレートを用いた縦方向ビームモニタを開発している。テストベンチでの分解能評価では、65psを達成した。さらに、RFQを用いたビーム試験で、縦方向バンチ長を測定することに成功した。さらに精度を高めるための改良も計画中である。本論文ではこの縦方向ビームモニタのテストベンチでの性能評価について述べる。

論文

A Bunch structure measurement of muons accelerated by RFQ using a longitudinal beam-profile monitor with high time resolution

須江 祐貴*; 飯嶋 徹*; 居波 賢二*; 四塚 麻衣*; 二ツ川 健太*; 河村 成肇*; 三部 勉*; 三宅 康博*; 大谷 将士*; 長谷川 和男; et al.

Proceedings of 10th International Particle Accelerator Conference (IPAC '19) (Internet), p.37 - 40, 2019/06

この論文では、RFQによって89keVまで加速されたミューオンのバンチ長測定について述べる。ミューオンの性質の詳細測定のための、4種類の加速構造を持つリニアックがJ-PARCにおいて開発中である。2017年に、RFQを用いたミューオン加速の実証と横方向プロファイル測定が行われた。次の課題は、次段の加速器のアクセプタンスとビーム整合するために必要な縦方向のビームモニタである。このために、マイクロチャンネルプレートを用いた新しい縦方向ビームモニタを開発中である。このモニタは加速周波数324MHzの1%に相当する時間分解能である30から40psを目標にしている。2018年10月に、RFQによって89keVまで加速された負ミューオニウムイオンのバンチ長測定に成功した。測定されたバンチ長は、0.54$$pm$$0.13nsであった。

論文

Design of the Wien-filter type spin rotator for the low-emittance muon beam

安田 浩昌*; 飯沼 裕美*; 中沢 雄河*; 齊藤 直人; 河村 成肇*; 大谷 将士*; 三部 勉*; 近藤 恭弘; 須江 祐貴*

Proceedings of 10th International Particle Accelerator Conference (IPAC '19) (Internet), p.622 - 625, 2019/06

J-PARCにおいてミューオンg-2/EDM実験のためのミューオンリニアックが開発中である。この実験では超低速ミューオンを4つの加速構造で運動量300MeV/cまで加速する。この方式により、加速の初期段階でスピンを反転出来るという精密測定にとって新たな可能性ができる。スピンの反転は測定器系の系統誤差を相殺するための優れた技法である。しかし、この方法では、加速はもちろん、スピン反転の過程でもエミッタンス増大を極力抑える必要がある。スピン反転法の一つの候補として我々はウィーンフィルタ型のスピンローテータを開発している。現状のシミュレーションではx方向及びy方向のエミッタンス増大がそれぞれ64%と56%であるが、さらなる電場の改良により46%と2%まで抑えられる可能性があることを見出した。この論文では、この低エミッタンスミューオンビーム用スピンローテータの設計の現状について述べる。

論文

Prototype of an Inter-digital H-mode Drift-Tube Linac for muon linac

中沢 雄河*; 飯沼 裕美*; 岩田 佳之*; 岩下 芳久*; 大谷 将士*; 河村 成肇*; 三部 勉*; 山崎 高幸*; 吉田 光宏*; 北村 遼*; et al.

Proceedings of 29th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2018) (Internet), p.180 - 183, 2019/01

BNL-E821実験において、ミューオンの異常磁気能率(g-2)の実験値は素粒子標準理論の予想値から3.7$$sigma$$の乖離を示しており、標準理論を超えた物理が期待されている。より高精度な測定のためにJ-PARCミューオンg-2/EDM実験では先行実験とは異なる手法での実験を計画している。超低速ミューオンを線形加速器により212MeVまで再加速することで低エミッタンスのミューオンビームを実現し、先行実験における系統誤差を減らして世界最高精度0.1ppmを目指している。実験の核となるミューオン線形加速器の技術開発として、APF方式を用いたIH-DTLの開発を進めている。本講演では、設計の手順と製造過程の報告、さらに基本性能の試験の結果について述べる。

論文

ミューオン線形加速器APF方式IH-DTLプロトタイプの性能試験

中沢 雄河*; 飯沼 裕美*; 岩田 佳之*; 岩下 芳久*; 大谷 将士*; 河村 成肇*; 北村 遼*; 近藤 恭弘; 齊藤 直人; 須江 祐貴*; et al.

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.904 - 908, 2018/10

BNL-E821実験において、ミューオンの異常磁気能率(g-2)の実験値は素粒子標準理論の予想値から3.7$$sigma$$の乖離を示しており、標準理論を超えた物理が期待されている。より高精度な測定のためにJ-PARCミューオンg-2/EDM実験では先行実験とは異なる手法での実験を計画している。超低速ミューオンを線形加速器により212MeVまで再加速することで低エミッタンスのミューオンビームを実現し、先行実験における系統誤差を減らして世界最高精度0.1ppmを目指している。実験の核となるミューオン線形加速器の技術開発として、APF方式を用いたIH-DTLの開発を進めている。本講演では、設計の手順と製造過程の報告、さらに基本性能の試験の結果について述べる。

論文

Muon profile measurement after acceleration with a radio-frequency quadrupole linac

大谷 将士*; 須江 祐貴*; 深尾 祥紀*; 二ツ川 健太*; 河村 成肇*; 三部 勉*; 三宅 康博*; 下村 浩一郎*; 山崎 高幸*; 飯嶋 徹*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1067(5), p.052012_1 - 052012_7, 2018/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:50.37

RFQによって加速されたミューオンのプロファイル測定を行った。正ミューオンをアルミデグレータに入射し、負ミューオニウムを生成する。加速された負ミューオニウムはMCPとCCDカメラで構成されるプロファイルモニタに輸送される。測定された垂直方向のプロファイルはシミュレーションとよく一致した。このプロファイル測定はJ-PARCにおけるミューオン異常磁気モーメント測定への重要な一里塚となる。

論文

負ミューオニウムを用いたミューオンRF加速実証試験

北村 遼*; 大谷 将士*; 深尾 祥紀*; 二ツ川 健太*; 河村 成肇*; 三部 勉*; 三宅 康博*; 山崎 高幸*; 近藤 恭弘; 長谷川 和男; et al.

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.239 - 243, 2018/08

J-PARCで計画されているミューオンg-2/EDM精密測定実験では、横方向運動量分散と縦方向運動量の比が$$10^-5$$以下の極冷ミューオンビームを用いることで、先行実験とは異なる手法により高精度な測定を実現する。この極冷ミューオンは、陽子ビームから生成した4MeVの表面ミューオンを25meVの超低速ミューオンにまで冷却した後、線形加速器で212MeVまで再加速することで得られる。ミューオン線形加速器の実現に向けて、RFQを用いたミューオンRF加速の実証試験を行った。超低速ミューオンの生成にはイオン解離レーザーなど大型設備を要するため、加速実証実験では簡易的な冷却手法として、ミューオンをアルミ薄膜標的に照射することで負ミューオニウム($$mu$$$$^{-}$$, $$mu$$$$^{+}$$e$$^{-}$$e$$^{-}$$)へと変換して2keV以下にまで冷却した。生成したMu$$^{-}$$はRFQの入射エネルギー5.6keVまで静電加速された後、RFQで最終的に90keVまでRF加速される。加速されたMu$$^{-}$$は偏向電磁石で運動量と極性を選別し、さらにMCPを用いたTOF測定により粒子同定した。本講演では世界初となるミューオンRF加速実証試験の結果について、予備実験として実施した負ミューオニウム生成実験の成果も交えて報告する。

論文

紫外光由来H$$^{-}$$イオンビームを用いたミューオンRF加速試験用診断ビームラインの試運転

中沢 雄河*; 飯沼 裕美*; 大谷 将士*; 河村 成肇*; 北村 遼*; 近藤 恭弘; 齊藤 直人; 須江 祐貴*; 三部 勉*; 山崎 高幸*

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1047 - 1050, 2018/08

J-PARCにおけるミューオンg-2/EDM測定のためのミューオンリニアックを開発中である。我々はミューオンRF加速試験を2017年の10月と12月に行った。表面ミューオンビームを金属デグレーダに照射し、生成した負ミューオニウムをRFQによって90keVまで加速する。この加速試験に先立って、2つの収束電磁石と1つの偏向電磁石から成るビーム診断系のコミッショニングを行った。UV光をアルミ標的に照射することで生成する負水素イオンを疑似的なミューオンとして用いて各パラメータの設定を確認した。実際に用いる負ミューオニウムの生成量は極端に少ないため、このように事前にビームラインの特性を確認できることは実験成功に決定的な貢献となる。本発表ではこの負水素イオンを用いたビームラインの性能評価について述べる。

論文

Re-acceleration of ultra cold muon in J-PARC Muon Facility

近藤 恭弘; 長谷川 和男; 森下 卓俊; 大谷 将士*; 二ツ川 健太*; 河村 成肇*; 三部 勉*; 山崎 高幸*; 吉田 光宏*; 北村 遼*; et al.

Proceedings of 9th International Particle Accelerator Conference (IPAC '18) (Internet), p.5041 - 5046, 2018/06

J-PARCにおいて、ミューオニウムをレーザー電離して生成される超低速ミューオン(30meV)を再加速するシステムを開発中である。このようにして得られるミューオンビームは、ミューオンg-2実験で要求される低エミッタンスを満たす。J-PARC E34実験では、g-2を0.1ppmの精度で測定することを目指す。超低速ミューオンは、高周波四重極リニアック(RFQ)、交差櫛形Hモードドリフトチューブリニアック、ディスクアンドワッシャ結合セル型リニアック、円盤装荷型リニアックにより212MeVに加速される。その第一段階として我々は2017年10月に世界初となるRFQによるミューオン加速実験に成功した。本発表では、ミューオンリニアックの設計と加速実験の結果について述べる。

論文

Result of the first muon acceleration with radio frequency quadrupole

北村 遼*; 大谷 将士*; 深尾 祥紀*; 二ツ川 健太*; 河村 成肇*; 三部 勉*; 三宅 康博*; 山崎 高幸*; 近藤 恭弘; 長谷川 和男; et al.

Proceedings of 9th International Particle Accelerator Conference (IPAC '18) (Internet), p.1190 - 1193, 2018/06

RF加速器によるミューオン加速はミューオン異常磁気モーメントの精密測定を可能とする。RFQによる初めてのミューオン加速が実証された。3MeVの入射正ミューオンから2keV以下の負ミューオニウムが生成され、静電加速器によって5.6keVまで、RFQによって90keVまで加速される。加速された負ミューオニウムは診断ビームラインで選択され、飛行時間測定によって同定される。本論文では、このミューオン加速実験の結果を述べる。

論文

Commissioning of the diagnostic beam line for the muon RF acceleration with H$$^{-}$$ ion beam derived from the ultraviolet light

中沢 雄河*; 飯沼 裕美*; 大谷 将士*; 河村 成肇*; 三部 勉*; 山崎 高幸*; 北村 遼*; 近藤 恭弘; 齊藤 直人; 須江 祐貴*

Proceedings of 9th International Particle Accelerator Conference (IPAC '18) (Internet), p.997 - 1000, 2018/06

J-PARCにおけるミューオンg-2/EDM測定のためのミューオンリニアックを開発中である。我々はミューオンRF加速試験を2017年の10月と12月に行った。表面ミューオンビームを金属デグレーダに照射し、生成した負ミューオニウムをRFQによって90keVまで加速する。この加速試験に先立って、2つの収束電磁石と1つの偏向電磁石から成るビーム診断系のコミッショニングを行った。UV光をアルミ標的に照射することで生成する負水素イオンを疑似的なミューオンとして用いて各パラメータの設定を確認した。実際に用いる負ミューオニウムの生成量は極端に少ないため、このように事前にビームラインの特性を確認できることは実験成功に決定的な貢献となる。本発表ではこの負水素イオンを用いたビームラインの性能評価について述べる。

論文

First muon acceleration using a radio-frequency accelerator

Bae, S.*; Choi, H.*; Choi, S.*; 深尾 祥紀*; 二ツ川 健太*; 長谷川 和男; 飯嶋 徹*; 飯沼 裕美*; 石田 勝彦*; 河村 成肇*; et al.

Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 21(5), p.050101_1 - 050101_6, 2018/05

 被引用回数:15 パーセンタイル:81.69(Physics, Nuclear)

ミューオンがRF加速器によって初めて加速された。正ミューオンと電子の束縛状態である負ミューオニウムをアルミ標的中での電子獲得反応によって生成し、静電加速器により初期加速する。それを高周波四重極加速空洞(RFQ)によって89keVまで加速した。加速された負ミューオニウムは、偏向電磁石による運動量の測定と飛行時間により同定された。このコンパクトなミューオン加速器は、素粒子物理や物性物理などのミューオン加速器の様々な応用への第一歩である。

口頭

遂に実現したミューオンRF加速の展望

大谷 将士*; 近藤 恭弘; 北村 遼*; 中沢 雄河*; 須江 祐貴*; Bae, S.*; Choi, S.*; 長谷川 和男; 飯沼 裕美*; 河村 成肇*; et al.

no journal, , 

J-PARCミューオンg-2実験(E34)では世界初のミューオン加速によって低エミッタンスビームを実現し、先行実験で主要な系統誤差であったビーム由来の系統誤差を排除して世界最高精度測定を目指している。我々は今回、J-PARC MLFにおいて世界初のミューオン加速を実現した。本講演では、この加速試験成功を踏まえ、ミューオンリニアック全体と今後の展望について報告する。

口頭

RFQによるミューオン加速試験の結果

北村 遼*; 大谷 将士*; 近藤 恭弘; Bae, S.*; Choi, S.*; 深尾 祥紀*; 二ツ川 健太*; 長谷川 和男; 飯沼 裕美*; 石田 勝彦*; et al.

no journal, , 

J-PARC E34実験ではミューオンg-2/EDMの精密測定に向けて、ミューオン線形加速器の開発を進めている。初段加速器のRFQを用いたミューオンRF加速実証試験を2017年10月にJ-PARC MLFで実施した。運動エネルギー3MeVのミューオンビームは、金属薄膜標的に照射されることで負ミューオニウムイオン(Mu$$^{-}$$)となって冷却された後、静電加速収束器により5.6keVまで静電加速され、さらにRFQにより88.6keVまでRF加速される。加速Mu$$^{-}$$ビームは偏向電磁石による運動量選別を経てMCPで検出され、TOF測定により加速Mu$$^{-}$$の識別を行った。本講演では最新の実験結果について報告する。

口頭

J-PARC E34 muon g-2/EDM実験; ミューオン線型加速器における高時間分解能縦方向ビームプロファイルモニターの性能評価

四塚 麻衣*; 飯嶋 徹*; 居波 賢二*; 須江 祐貴*; 飯沼 裕美*; 中沢 雄河*; 齊藤 直人; 長谷川 和男; 近藤 恭弘; 北村 遼; et al.

no journal, , 

ミューオンの異常磁気能率(g-2)は新物理の兆候が期待されている物理量であり、実験値と標準理論の予測値の間には現在3$$sigma$$以上の乖離が確認されている。J-PARC E34実験では独自の手法による精密測定を目指しており、主要な系統誤差を削減するために低エミッタンスビームを使用する。これは、熱エネルギーまで冷却したミューオンを、速度に応じた複数段階の線形加速器を用い212MeVまで再加速することによって生成する。実験の要求から加速中のエミッタンス成長を抑える必要があるため設計値実現には異なる加速器間でのビームマッチングが重要であり、実際のビームプロファイル測定に基づいて行われる必要がある。時間方向の測定に使用するモニターには、加速位相の1%である30$$sim$$40psに相当する精度が要求されている。また、イオン源開発初期のビーム強度が低い段階でも使用可能でなければならないため、ミューオン1つに対して感度を持つ必要がある。この2つの要求を満たすため、高い感度を持つマイクロチャンネルプレートと、波高依存性の削減により高時間分解能の達成が可能であるCFD回路を用いたモニターの開発を行った。また、性能評価のためにテストベンチの構築を行い、ピコ秒パルスレーザーをMCP表面に照射した際に起こる光電効果によって生成した光電子を用い、時間分解能65psの評価値を得た。さらに、この検出器を用いたビーム輸送系の設計を行った。本発表では、テストベンチによるモニターの性能評価結果とビーム輸送系の初期の検討結果を報告する。

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