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O近藤 洋介*; Achouri, N. L.*; Al Falou, H.*; Atar, L.*; Aumann, T.*; 馬場 秀忠*; Boretzky, K.*; Caesar, C.*; Calvet, D.*; Chae, H.*; et al.
Nature, 620(7976), p.965 - 970, 2023/08
被引用回数：5 パーセンタイル：92.64(Multidisciplinary Sciences)非常に中性子が過剰な原子核Oは、陽子、中性子ともに魔法数であることから古くからその性質に興味が持たれていたが、酸素の最後の束縛核
Oよりも中性子が4個も多いため、これまで観測されてこなかった。この論文では、理化学研究所RIBFにて
Fからの1陽子ノックアウト反応によってOを生成し、そこから放出される中性子を測定することによって初めてその観測に成功した。核構造の観点からは、Oでは二重閉殻が保たれているか興味が持たれていたが、実験で得られた分光学的因子が殻模型計算で予言されて程度の大きいことから、閉殻構造をもたない可能性が高いことがわかった。
野田 章*; 中尾 政夫*; 岡本 宏巳*; 大崎 一哉*; 百合 庸介; 想田 光*; 頓宮 拓*; 神保 光一*; Grieser, M.*; He, Z.*; et al.
Proceedings of 5th International Particle Accelerator Conference (IPAC '14) (Internet), p.28 - 33, 2014/07
Three-dimensional (3D) cooling of 40-keV Mg
ion beams with Doppler laser cooling and the coupling resonance has been demonstrated in the storage ring S-LSR of Kyoto University toward the production of ultralow-emittance beams, in other words, ultracold beams and so-called crystalline beams. So far, the transverse temperatures of 6 K and 2 K have been experimentally attained in the horizontal and vertical directions, respectively, at a low beam intensity of about 
ions in the ring. These temperatures are the lowest ever attained by laser cooling of ion beams. Systematic molecular dynamics simulations predict the realization of further lower temperatures, 
1 mK and 0.1 K in the longitudinal and transverse directions, respectively, if the laser spot size and detuning are properly adjusted even with such a low laser power ( 10 mW) as utilized in the experiments at S-LSR. A 3D ordered state of the beam with 3D laser cooling is also predicted. Recent experimental achievements and latest simulation results are presented.
神保 光一*; 想田 光*; 中尾 政夫*; 百合 庸介; 頓宮 拓*; 野田 章*
Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1057 - 1059, 2014/06
A bunched 40-keV Mg beam at an ion storage/cooler ring, S-LSR, Kyoto University, was cooled transversely through synchro-betatron coupling by a co-propagating laser. The cooled ion beams were optically diagnosed with spontaneous emission in the experiment. As the number of ions is smaller in the beam, however, it is more difficult to observe light emitted from the beam. The synchrotron-oscillation signals induced on a parallel-plate pickup were, therefore, investigated spectroscopically to see whether they were useful for beam diagnostics. We discuss the space charge effect of the signals. It is expected that, if the beam temperature is decreased drastically, the space charge effect is enhanced and the peaks related to the synchrotron oscillation are consequently suppressed.
野田 章*; 中尾 政夫*; 想田 光*; 頓宮 拓*; 岡本 宏巳*; 大崎 一哉*; 百合 庸介; 神保 光一*; Grieser, M.*; He, Z.*
Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.143 - 145, 2014/06
We have experimentally demonstrated transverse indirect laser cooling utilizing synchro-betatron resonance coupling in the ion accumulation cooler ring S-LSR. However, its efficiency was rather poor for relatively high beam intensity of 
ions in the ring due to beam heating by intra-beam scattering and its cooling time was as long as 100 s. By application of beam scraping and optimization of laser detuning together with equilibrium deceleration with the use of an induction accelerator, we could reach the lowest transverse temperatures ever attained by laser cooling as 7.0 K and 2.1 K for the horizontal and vertical directions, respectively. The prospect of generating an ultra-low-temperature beam and realizing beam crystallization will be discussed on the basis of the present result.
irradiated with heavy ions in the energy range of 
1MeV/u石川 法人; 園田 健*; 澤部 孝史*; 須貝 宏行*; 左高 正雄*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.180 - 184, 2013/11
被引用回数：20 パーセンタイル：82.62(Instruments & Instrumentation)UO中の高エネルギー核分裂片の通過に伴う照射損傷形態を予測するために、イオン加速器を利用した照射実験及び損傷寸法解析を行った。具体的には、イオントラックと呼ばれるイオンの軌跡に沿って形成される柱状の欠陥領域の寸法が、電子的阻止能(入射イオンからターゲットの電子系に伝達されるエネルギー密度)に対してどのように依存するかを解析した。これまで、10MeV/u程度の高いエネルギー領域のイオンが形成するイオントラックの寸法データは存在したが、核分裂片エネルギーに相当する約1MeV/uのエネルギー領域でのイオントラック寸法のデータは存在しなかった。そこで、本研究では、約1MeV/uのエネルギー領域で系統的なイオン照射実験を行い、透過型電子顕微鏡観察によって数nmオーダーのイオントラック寸法のデータを取得することができた。また、既存の理論モデルである熱スパイクモデル(イオンの通過による融解を想定したモデル)から予測される寸法より、明らかに小さいことがわかった。従来のモデルで想定してこなかった(融解直後の)再結晶化プロセスを考慮することで、従来モデルをUOにも拡張できる可能性を指摘した。
百合 庸介; 大崎 一哉*; 岡本 宏巳*; He, Z.*; 想田 光*; 野田 章*; 中尾 政夫*; 頓宮 拓*; 神保 光一*
Proceedings of Workshop on Beam Cooling and Related Topics (COOL '13) (Internet), p.162 - 165, 2013/11
Efficient transverse laser cooling of a low-intensity heavy-ion beam has been recently accomplished experimentally by means of the resonant coupling method at the cooler storage ring S-LSR of Kyoto University. In parallel with the experimental effort, multi-dimensional laser cooling of the ion beam has been studied also numerically with the molecular dynamics (MD) simulation code in which the stochastic interaction between ions and laser photons is incorporated in order to search optimum laser-cooling conditions and verify the results of the experiment. The present MD result demonstrates that, in spite of the limited experimental conditions of the cooling laser such as low power, fixed frequency, and short cooling section, a three-dimensionally low-temperature beam of 40-keV Mg can be obtained through resonant coupling at a low intensity of ions in the ring, which is consistent with the experimental result.
野田 章*; 中尾 政夫*; 想田 光*; 頓宮 拓*; 岡本 宏巳*; 大崎 一哉*; 百合 庸介; 神保 光一*; Grieser, M.*; He, Z.*
Proceedings of Workshop on Beam Cooling and Related Topics (COOL '13) (Internet), p.157 - 161, 2013/11
We have tried to approach to the lowest attainable beam temperature with laser cooling of a 40-keV Mg ion beam at a cooler storage ring S-LSR, which has a superperiodicity of six and is designed to be tough against resonant perturbation to the circulating beam. The capability of active indirect transverse laser cooling has been experimentally demonstrated with the use of the theoretically-proposed synchro-betatron resonance coupling scheme. For the reduction of beam heating due to intrabeam scattering, an additional scheme has been established to control the intensity of the circulating beam down to 
ions by scraping the outskirt of the beam with the use of a horizontally-moving scraper, which could cool the horizontal and vertical beam temperature down to 
K and 
K, respectively, at an operation tune without horizontal-vertical (H-V) coupling. In the present paper, we would like to also present our recent results with H-V coupling in addition to longitudinal-horizontal coupling toward further reduction of the transverse beam temperature.
He, Z.*; Wei, J.*; 大崎 一哉*; 岡本 宏巳*; 野田 章*; 中尾 政夫*; 想田 光*; 百合 庸介; 神保 光一*
Proceedings of 25th North American Particle Accelerator Conference (NA-PAC '13) (Internet), p.1298 - 1300, 2013/09
The power of the cooling laser currently available in a compact ion cooler ring S-LSR, Kyoto University, is quite limited for generating ultralow-temperature ion beams. Therefore, parameters of laser cooling should be carefully determined in order to approach the lowest possible temperature in the experiment. This paper mainly concerns optimization of laser-cooling parameters and prediction of a possible lower limit of beam temperature in S-LSR, based on systematic molecular dynamics simulations. The adiabatic capture process of the ion beam was introduced to prevent the emittance from blowing up during bunching. The spot size of the laser was optimized with the total laser power limited. An optimum solenoid field strength was obtained for three-dimensional cooling. The lowest beam temperature achievable in S-LSR was predicted by choosing the parameters optimized.
神保 光一*; 想田 光*; 百合 庸介; 頓宮 拓*; 中尾 政夫*; 白井 敏之*; 野田 章*
Proceedings of 25th North American Particle Accelerator Conference (NA-PAC '13) (Internet), p.886 - 888, 2013/09
The synchrotron-oscillation signals of 40-keV bunched Mg ion beams were investigated for the diagnostics of the laser-cooled beams in an ion cooler storage ring, S-LSR, Kyoto University. The signals induced on a parallel-plate pickup were measured with a spectrum analyzer. The coherent and incoherent modes corresponding to the synchrotron tune were observed in the signals. The molecular dynamics simulation predicts, on the other hand, that the synchrotron oscillation of the strongly laser-cooled beam is suppressed by the space-charge force. We thus propose a possibility to detect the space-charge limit by the observation of the predicted suppression of the synchrotron oscillation.
想田 光*; 中尾 政夫*; 頓宮 拓*; 神保 光一*; 大崎 一哉*; 岡本 宏巳*; 百合 庸介; He, Z.*; Grieser, M.*; 野田 章*
Japanese Journal of Applied Physics, 52(3), p.030202_1 - 030202_4, 2013/03
被引用回数：5 パーセンタイル：22.83(Physics, Applied)The efficiency of indirect transverse laser cooling of a heavy-ion beam using synchro-betatron resonant coupling (SBRC) was improved by the reduction of the beam intensity through scraping the tail part of the beam. In order to measure the beam size at low beam intensity, a new scheme was established where the beam profile was determined from the beam survival ratio by changing the insertion position of a beam scraper. At a beam intensity of particles in the ring, the transverse cooling time of the beam was reduced to 1.2 s, and horizontal and vertical minimum beam sizes were 0.2 mm and 0.6 mm, corresponding to the beam temperatures of 20 K and 29 K, respectively. The cooling time was much improved compared with that of our previous experiment, 100 s at particles (Nakao et al.). The transverse temperature was comparable to that in other work (Madsen et al.), in spite of the limitation in the experimental conditions such as low laser power and short laser-cooling section. This suggests that the present SBRC scheme has a potential capacity for attaining a lower-temperature beam or even Coulomb crystallization.
野田 章*; 中尾 政夫*; 想田 光*; 頓宮 拓*; 神保 光一*; 岡本 宏巳*; 大崎 一哉*; 百合 庸介; Meshkov, I.*; Smirnov, A.*; et al.
Proceedings of 23rd Russian Particle Accelerator Conference (RuPAC 2012) (Internet), p.48 - 52, 2012/09
Various approaches to attaining low-temperature beams have been continued in the cooler storage ring S-LSR at Kyoto University. One-dimensional ordering of electron-cooled 7-MeV protons was realized with an abrupt longitudinal temperature jump from 2 K to 0.3 K at a particle number of around 2000. Laser cooling has been applied to 40-keV Mg beams toward the realization of crystalline beams. For a coasting beam, the lowest longitudinal temperature of 3.6 K was attained at 
ions. The temperature was limited due to intra-beam scattering (IBS). On the other hand, the transverse temperature of the beam indirectly cooled through IBS was saturated at 500 K for 
ions. In order to cool the transverse direction further, synchro-betatron resonance coupling has been applied to a bunched Mg beam. The transverse temperature has been reduced to the order of 
K at the beam intensity of ions by the reduction of the beam intensity using a scraper.
想田 光*; 中尾 政夫*; 頓宮 拓*; 野田 章*; 神保 光一*; 大崎 一哉*; 岡本 宏巳*; 百合 庸介; Grieser, M.*; He, Z.*
Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.388 - 390, 2012/08
京都大学化学研究所のイオン蓄積・冷却リングS-LSRでは、シンクロ・ベータトロン共鳴によって重イオンビームの運動の進行方向と水平方向の振動を結合させ、レーザー冷却によって横方向を間接的に冷却する実験を進めている。冷却の過程において、粒子数が多い場合Intra-beam散乱による自己加熱作用によって冷却が阻害されるため、スクレイパーによってビーム外縁部の粒子を除去することによって冷却効率を高めている。このとき、2枚のスクレイパーを用い、1枚目のスクレイパーで粒子数を減らした後、2枚目のスクレイパーの挿入距離を変えてビームの残存率を測定することで、ビーム中心からの距離とその内側にある粒子の割合が得られ、この関係から冷却後のビームサイズを測定した。その結果、40keV Mgビームについて、水平・鉛直ベータトロンチューン、及びシンクロトロンチューンがそれぞれ(2.074, 1.120, 0.072)、1枚目のスクレイパーをビーム中心から0.3mmまで挿入して粒子数を1
10
まで減少させた条件で、水平方向ビームサイズが0.3mm、温度に換算して52Kまで冷却されていることを観測した。この時、ビームサイズが1/eになるまでの冷却時間は1.25秒であった。
野田 章*; 中尾 政夫*; 想田 光*; 頓宮 拓*; 神保 光一*; 岡本 宏巳*; 大崎 一哉*; 百合 庸介; Grieser, M.*; He, Z.*
Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.72 - 74, 2012/08
Laser cooling of 40-keV Mg ion has been performed at S-LSR. Indirect transverse laser cooling of a bunched beam with the use of synchro-betatron resonance coupling (SBRC) has been experimentally indicated. However, it is not so efficient due to heating by intra-beam scattering for the ion number of 10
. For attaining very low-temperature beam, it is inevitable to reduce the beam intensity without deterioration of beam detection signal. For this purpose, we have applied controlled scraping of a laser-cooled beam. After beam injection, the beam tail is cut off by a scraper moving in the horizontal direction and laser-cooled both in the longitudinal and horizontal directions with SBRC. Then, the horizontal beam size was measured with another scraper moving also in the horizontal direction. With this scheme, the beam intensity could be reduced from 10 to 10, which resulted in rather efficient indirect transverse laser cooling with the cooling time of about 1 sec.
想田 光*; 中尾 政夫*; 野田 章*; 頓宮 拓*; 伊藤 清一*; 岡本 宏巳*; 百合 庸介; 神保 光一*; Grieser, M.*; He, Z.*
Proceedings of 3rd International Particle Accelerator Conference (IPAC '12) (Internet), p.397 - 399, 2012/05
The longitudinal temperature of 40 keV Mg beams was measured through bunch length measurement during laser cooling at S-LSR. The bunch length was measured as time-domain signals from a pair of parallel-plate electrostatic pickups. Injected non-cooled beams gave a bunch length of 2.5 m and cooled beams had two components of broad and sharp distributions. The broad distribution had a longitudinal length of 2.2 m, which is close to that of the initial beam. The length of the sharp distribution shrunk to 0.25 m and is expected as a cooled part. The capture efficiency of cooling, which represents the ratio of particle numbers of the cooled part and the total particle number, varied with laser detuning. With a scanning range of 2 GHz, it was improved from 66% to 92%, while the bunch became longer by 10% with scanning. A new scheme for improving the capture efficiency will be applied to attain a strong signal from a low-current low-temperature beam.
野田 章*; 中尾 政夫*; 想田 光*; 頓宮 拓*; 伊藤 清一*; 岡本 宏巳*; 大崎 一哉*; 百合 庸介; 神保 光一*; Grieser, M.*; et al.
Proceedings of 3rd International Particle Accelerator Conference (IPAC '12) (Internet), p.394 - 396, 2012/05
Mg ion beams have been successfully laser-cooled both in longitudinal and transverse directions at S-LSR in ICR, Kyoto University. The cooling rate, however, is not strong enough to realize a crystalline beam due to heating from intra-beam scattering (IBS). Reduction of the beam intensity is inevitable to suppress this IBS effect, which, however, had resulted in poor S/N ratio for observation of the transverse beam size. We, therefore, describe a new beam-scraping scheme: The scheme selects out ions in the distribution tail of the transverse phase space, keeping the beam density in the core part by simultaneous application of multi-dimensional laser cooling and beam scraping. The strategy to realize the scheme effectively has been searched by combination of the beam experiments and computer simulations.
園田 健*; 木下 幹康*; 石川 法人; 左高 正雄; 知見 康弘; 大久保 成彰; 岩瀬 彰宏*; 安永 和史*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 266(12-13), p.2882 - 2886, 2008/06
被引用回数：31 パーセンタイル：86.96(Instruments & Instrumentation)高エネルギーイオン照射したCeOのイオントラック構造とその蓄積の効果を電子顕微鏡観察の手段を使って調べた。特に、FIB(集束イオンビーム:Focused Ion Beam)を用いることによって、照射方向の微細組織の深さ依存性について調べることができた。その結果、電子系に伝達されるエネルギー密度が、閾値16keV/nm以上のときにのみイオントラックが観測されることがわかった。また、高照射量領域でのイオントラックの蓄積が、照射表面の面粗度の上昇に寄与していることがわかった。
植木 悠二; 梅村 知也*; 岩下 義和*; 堀田 弘樹*; 小竹 玉緒*; 角田 欣一*; 片貝 秋雄; 玉田 正男
JAEA-Review 2006-042, JAEA Takasaki Annual Report 2005, P. 58, 2007/02
近年、高速液体クロマトグラフィーにおいて高速・高性能分離を達成するために、数
m程度の貫通孔を持った連続多孔質分離媒体(モノリス)を利用するモノリスカラムの研究・開発が精力的に行われている。本研究では、
線を利用することにより細孔径が制御された均質なメタクリル酸ヘキシル製モノリスカラムを細管内で直接作製することができた。最適なカラム作製条件を検討した結果、線量を10kGy/h,モノマー濃度を20%,モノマー中の架橋剤割合を25%とした場合、低分子化合物に対して実用的に十分な分離能を有し、かつ圧力損失が低い(線流速が1mm s
のとき、カラム背圧は2.0MPa/200mm)カラムの作製に成功した。このときのアルキルベンゼン化合物に対する理論段高は30m程度となった。また、モノリスゲルは、粒径1m以下の微粒子ポリマー同士が結合したネットワーク構造を形成していた。
木下 幹康*; Geng, H. Y.*; Chen, Y.*; 金田 保則*; 岩沢 美佐子*; 大沼 敏治*; 園田 健*; 安永 和史*; 松村 晶*; 安田 和弘*; et al.
Proceedings of 2006 International Meeting on LWR Fuel Performance (TopFuel 2006) (CD-ROM), p.248 - 254, 2006/10
ニュー・クロスオーバー・プロジェクト(NXO)は、核燃料物質に対する核分裂放射線照射の影響を大学,国立・私立の研究所に渡る横断的な協力研究により検討している。加速器照射実験及び計算科学的手法を使用して、高燃焼度軽水炉燃料ペレットでリム構造を構成する機構を解明するためのシミュレーション研究が実施されている。加速器照射,高エネルギー電子線照射,核分裂エネルギー粒子線及び希ガス原子のイオン注入等が実施されている。照射試料としては、CeOを核燃料の模擬物質として使用した。最初の成果として、高エネルギー電子照射による平面構造形成、及び、高線量の高エネルギー粒子放射による結晶粒微細化に似た表面改質が観察された。第一原理及び分子動力学(MD)計算を用いた解析を実施し、UOとCeOの点欠陥形成エネルギー及び点欠陥を伴ったXe原子の相互作用についての情報が得られた。
高柳 智弘; 入江 吉郎; 神谷 潤一郎; 渡辺 真朗; 渡辺 泰広; 植野 智晶*; 野田 文章*; Saha, P. K.; 酒井 泉*; 川久保 忠通*
Proceedings of 2005 Particle Accelerator Conference (PAC '05) (CD-ROM), p.1048 - 1050, 2005/00
J-PARCにおける3-GeV RCSの入射システム用パルス電磁石の設計を行った。入射システムは、入射用バンプ軌道を形成する水平シフトバンプ電磁石4台、ペインティング入射に使用する水平ペイントバンプ電磁石4台、及び、垂直ペイント電磁石2台で成り立っている。入射エネルギーは400MeVで、ビームエネルギーは1MWに達する。運転は25Hzで行う。水平シフトバンプ電磁石の位置における入射ビーム,ペインティングビーム、及び、周回ビームを含むビームの通過エリアは、横388mm,縦242mmと非常に広範囲を占める。そのため、水平シフトバンプ電磁石は非常に大きなギャップを必要とし、また、ビームロスを小さくするために磁場精度が要求される。そこで、3次元磁場解析により、0.26Tの磁場で0.4%以下の有効磁場領域を達成し得る設計を行った。
荒 弘重*; 篠田 雅夫*; 飯塚 友之助*
PNC TJ5060 86-002VOL3, 40 Pages, 1986/06
PNC-TJ5060-86-002VOL3.pdf:1.06MB
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