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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.
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.
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.
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：22.74(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.
discrimination on neutron emission profile measurement on JT-60U石井 啓一*; 篠原 孝司; 石川 正男; 馬場 護*; 磯部 光孝*; 岡本 敦*; 北島 純男*; 笹尾 眞實子*
Review of Scientific Instruments, 81(10), p.10D334_1 - 10D334_3, 2010/10
被引用回数：6 パーセンタイル：30.89(Instruments & Instrumentation)Automatic analysis of the neutron- pulse shape discrimination has been developed for the neutron emission profile monitor, which uses stilbene scintillation detectors, in JT-60U. In the automatic analysis, linear discriminant function is applied to determine the line dividing between neutron events and -ray events on the 2D map. In order to verify the validity of the determined line, the pulse shape discrimination quality is evaluated with the ratio of -ray events to neutron events, namely contamination by -ray. As a result, it is clear that -ray contamination is below to statistical error with the time resolution of 10 ms.
相羽 信行; 徳田 伸二; 石澤 朋子*; 岡本 正雄*
Computer Physics Communications, 175(4), p.269 - 289, 2006/08
被引用回数：42 パーセンタイル：83.79(Computer Science, Interdisciplinary Applications)2次元Newcomb方程式を数値的に取り扱うための定式化を、ベクトルポテンシャル法を用いて真空磁場エネルギー積分の計算を可能にするために拡張した。この定式化を数値安定性解析コードMARG2Dに実装し、トロイダルモード数の小さいモードから大きいモードまでの理想外部電磁流体(MHD)モードを対象とした安定性解析を1つの物理モデルに基づいて行うことを可能にした。また、この数値コードは並列計算による安定性の評価が可能である。これによって、実験解析やトカマク輸送コードとの連結による統合シミュレーションなどにかかる計算時間の短縮を実現しており、トカマク周辺プラズマの理解を進めるうえで有用な数値解析コードである。
玉田 太郎; 本庄 栄二郎; 前田 宜丈*; 岡本 智之*; 石橋 松二郎*; 徳永 正雄*; 黒木 良太
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 103(9), p.3135 - 3140, 2006/02
被引用回数：95 パーセンタイル：84.74(Multidisciplinary Sciences)ヒト顆粒球コロニー刺激因子(GCSF)とそのヒト受容体(GCSF-R)中のリガンド結合領域との複合体の活性構造を2.8
分解能で決定した。GCSF:GCSF-R複合体の組成比は2:2で、GCSF-R中のIg-likeドメインとGCSFがたすき掛けすることにより二量体化していた。この結合様式はヒトGCSFとマウスGCSF(CRHドメイン)複合体中の様式とは全く異なっており、インターロイキン6とその受容体であるgp130との活性複合体中で確認された様式と類似していた。このIg-likeドメインを介したGCSF-Rの二量体化はこれまでに報告されている熱力学的及び変異体解析の結果と相関性がある。
本庄 栄二郎; 玉田 太郎; 前田 宜丈*; 小柴 琢己*; 松倉 康子*; 岡本 智之*; 石橋 松二郎*; 徳永 正雄*; 黒木 良太
Acta Crystallographica Section F, 61(8), p.788 - 790, 2005/08
被引用回数：7 パーセンタイル：55.21(Biochemical Research Methods)顆粒球刺激因子(GCSF)受容体は顆粒球前駆体の分化や増殖を調節する刺激を細胞内へ伝える。その受容体のリガンド結合部位とGCSFの2:2複合体の結晶化を行った。結晶は1.0Mギ酸ナトリウムを含む0.1M酢酸緩衝液(pH4.6)の条件で結晶化した。空間群は
4
22(もしくは4
22)で、セル長は
=
=110.1
=331.8
であった。しかしながら5以上の回折データが収集できなかったことから、受容体を陰イオン交換クロマトグラフィーで精製し、再度結晶化を試みた。その結果、3以上の回折データが収集可能な新たな晶形の結晶が得られた。その結晶の空間群は321(or its enantiomorph 3
21)で、セル長は==134.8, 
=105.7であった。
相羽 信行*; 徳田 伸二; 石澤 朋子*; 岡本 正雄*
Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(11), p.1699 - 1721, 2004/11
被引用回数：3 パーセンタイル：9.95(Physics, Fluids & Plasmas)ニューコム方程式の理論をトカマクにおける低-n外部モードに適用し、安定性行列を計算する方法を確立した。安定性行列によって外部モードによるプラズマポテンシャルエネルギーの変化を摂動のプラズマ表面での値で表すことができる。この方法を用いて、理想外部モードのスペクトルの性質を詳細に調べた。それには外部モードと内部モードの結合,通常シア配位と逆シア配位の安定性の違いなどが含まれる。これらの結果は抵抗性壁モードの安定性解析にも有益である。
岡本 正雄*; 濱松 清隆; 村上 定義*; 中島 徳嘉*
プラズマ・核融合学会誌, 77(6), p.536 - 546, 2001/06
核融合プラズマに対して、著者たちがモンテカルロ法を用いて行ってきた粒子シミュレーションの研究結果と問題点を紹介する。プラズマ中に発生した高エネルギー粒子の減速過程及びその過程におけるプラズマ加熱について述べ、また、これらの過程における高エネルギー粒子の衝突性輸送について考える。第3.1節ではモンテカルロ・シミュレーションの概要・歴史を紹介する(岡本担当)。第3.2節ではトカマクの場合(濱松担当)、第3.3節ではヘリカル系の場合(村上担当)を考える。さらに第3.4節では、新古典輸送を論じる(中島担当)。本章では、著者たちが最近行ってきたモンテカルロ・シミュレーションによる研究結果を中心に概観する。
班目 春樹*; 岡本 孝司*; 飯田 将雄
PNC TY9602 97-004, 53 Pages, 1997/03
自由液面や温度成層界面などの界面は変形を伴うことから、流体に対して非線型な境界となっている。この非線型境界条件に起因する、さまざまな非線型挙動が観測されている。高速増殖炉などの大型容器内においては、冷却材自由液面において、自励スロッシングなどの不安定現象が発生することが懸念されている。本研究においては、自由液面における非線型不安定現象を、基礎実験および解析の両面から検討した。液面に衝突する上向き平面噴流の自励振動「ジェットフラッタ」について、その振動数決定機構やエネルギー供給機構を知るため、諸変動量の振幅、位相関係を調べた。液面の振動に対し噴流の横変移は下流ほど位相が遅れていること、隆起位置の振動はその直下の噴流位置に対応していることが確認された。噴流の変移について計算する簡易モデルを作り実験と比較した結果、定性的にはよく記述できることが確認できた。液面隆起は噴流衝突点の移動に直ちには追従できないため、移動前面には低圧、背面には高圧の不釣合が発生する。不釣合は波として伝播していくが、衝突点が振動するときそこに液位の段差が現れ、これは水平方向に伝わる波で緩和されることはない。このため上下方向の液柱振動が励起される。これがジェットフラッタである。液柱振動と噴流衝突点振動の位相差と、衝突点振動から不釣合発生までの位相遅れの和がある条件を満たすとき、振動への供給エネルギーが正となる。さらに、自由液面における非線型性を考慮する上で重要となる自由液面と乱流との相互作用を、LDVや可視化によって計測し、自由液面における乱流現象について検討を実施した。実験では、水と高分子溶液の各自由液面に噴流を用いて乱流エネルギーを与え、界面乱流に対するToms効果の影響を観測し、窒素ガス噴流、溶液噴流により自由液面に発生した界面乱流は、Toms効果によって抑制されることがわかった。
玉田 太郎; 本庄 栄二郎; 前田 宜丈*; 岡本 智之*; 石橋 松二郎*; 徳永 正雄*; 黒木 良太
no journal, ,
ヒト顆粒球コロニー刺激因子(GCSF)とそのヒト受容体(GCSF-R)中のリガンド結合領域との複合体の活性構造を2.8分解能で決定した。GCSF/GCSF-R複合体中の構成比は2:2で、GCSF-R中のIg-likeドメインとGCSFがたすき掛けすることにより二量体化していた。この結合様式はヒトGCSFとマウスGCSF-R(CRH)ドメイン複合体中の様式とは全く異なっており、インターロイキン6とその受容体であるgp130との活性複合体中で確認された様式と類似していた。このIg-likeドメインを介したGCSF-Rの二量体化はこれまでに報告されている熱力学的及び変異体解析の結果と相関性があった。
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; He, Z.*; Grieser, M.*
no journal, ,
京都大学化学研究所のイオン蓄積リングS-LSRにおいてシンクロ・ベータトロン共鳴結合(SBRC)を利用したMgビームの間接的横方向レーザー冷却実験を行い、スクレイパーでビーム外縁部の粒子を除去しビーム強度を縮減することで、イントラビーム散乱による加熱を抑制し効率的な横方向冷却を実現した。また、レーザーの迷光によるバックグラウンドのため光学的観測が難しい低ビーム強度でのビームサイズ測定に有効な手法として、スクレイパー挿入時の粒子数を、スクレイパー挿入位置を変えながら測定し、その減少率からビームプロファイルを再構成してビームサイズを求める手法を確立した。3方向のチューンが
=(2.072, 1.120, 0.072)である、進行方向-水平方向間のSBRC条件において、リング内の全粒子数を10
個にまで減らすことで、1/e冷却時間を1.2秒に短縮し、冷却後の水平ビームサイズ0.2mm、鉛直ビームサイズ0.6mmを得た。これはリング平均の温度で水平方向が20K及び鉛直方向が29Kに相当しており、SBRCによる横方向冷却では、先行実験の結果(約200K)に比べて大幅な効率向上を果たした。
大崎 一哉*; 岡本 宏巳*; 想田 光*; 野田 章*; 中尾 政夫*; 百合 庸介
no journal, ,
京都大学の蓄積リングS-LSRで行われているレーザー冷却と共鳴結合に基づく3次元ビーム冷却実験では、運動エネルギー40keVのMgイオンビームを用いて既に10K程度の低温ビームの生成が観測されている。この実験をさらに進めて超高品質ビームであるクリスタルビームを実現するため、S-LSRの実験環境を想定したレーザー冷却に関する系統的な分子動力学シミュレーション研究を行い、レーザーのスポットサイズや周波数を最適化した。さらに、最適化された条件下でのレーザー冷却後に高周波電圧を徐々に下げ粒子密度を低減してクーロン散乱による加熱効果を抑制するというシミュレーション結果に基づき、ビームの極低温化に伴う10mm以上の長い1次元クリスタルビームを生成する可能性について考察した。
