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Country：Japan

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Grant amount：\18330000 （ Direct Cost: \14100000 、 Indirect Cost：\4230000 ）

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Grant amount：\18330000 （ Direct Cost: \14100000 、 Indirect Cost：\4230000 ）

本研究は、4ベインRFQ線形加速器とダブルIH-DT線形加速器を組み合わせた、TE211モードSHCリニアックを考案し、低エネルギー領域の大強度陽子ビーム加速における優位性について明らかにすることを目的としている。
今年度は、TE211モードSHCリニアック原理実証機の開発に向けて、電磁場シミュレーションソフトウェアと粒子軌道計算コードを用いた設計検討を開始した。具体的には、TE211モードSHCリニアックにおいて、50mAの陽子ビームを2.5MeVまで加速可能かの見通しを得るため、RFQセクション、DTセクション各々における粒子軌道計算をおこなった。RFQセクションでは、RFQビームデザインコードを用いて陽子ビームを900keVまで加速するセルパラメータをデザインした。
DTセクションでは、高い電力効率を維持しつつ50 mA以上の大強度陽子ビームを加速するため、KONASをビーム加速法として採用した。そのため、DTセクションの構成は、上流側からトリプレット四重極電磁石・リバンチセル・加速セル（同期位相：0度）となっている。具体的な計算手順は、KONAS加速法によるドリフトチューブテーブルを作成し、電場シミュレーションソフトウェアにより解析した電場分布データを用いて３次元粒子軌道計算コードでDTセクションにおけるビーム挙動を計算した。以上の計算において、トリプレット四重極電磁石の磁場勾配や、リバンチセルのセル数、加速セルへの入射条件を調整することで50 mAの陽子ビームが加速される結果が得られた。
RFQセクションとDTセクションを組み合わせた空洞全長は1740mmとなり、これをもとに作成したCADモデルを用いた３次元電磁者シミュレーションにより、加速に用いる共振モード（TE211モード）が励振されることを確認した。

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Grant amount：\18850000 （ Direct Cost: \14500000 、 Indirect Cost：\4350000 ）

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Grant amount：\18850000 （ Direct Cost: \14500000 、 Indirect Cost：\4350000 ）

本研究はRFQリニアックにおける加速陽子数を格段に増加させることを目的とする。その手法は正イオン(H+)および負イオン(H-)を同時入射させる新しい手法による。近年、負イオン源の利用が盛んになっているが、一台の加速器による正負イオン同時加速が世界で行われた例はなく、正負イオン同時入射は空間電荷効果を緩和しつつ加速器の真空度を良好に保つ新たな試みである。本研究では明確な応用対象として小型加速器中性子源を選定した。小型加速器中性子源開発では装置構成をできるだけシンプルにし、総重量や全長、設置面積をなるべく小さくすることが重要である。本研究は加速器中性子源において、装置の大型化を要せずに中性子発生量を増加させる試みとして位置づけられる。
初年度は(1)分析電磁石の設計・製作、(2)負イオン源の整備、(3)正イオン源の整備と単体試験の三項目を行った。分析電磁石は、加速器入射軸から＋30度、－30度方向からそれぞれ正負の35keVの水素イオンビームを受け入れる形とした。偏向半径400mm、磁極ギャップ60mmとした結果、要求される磁場強度は0.2T以上となった。発熱量の見積から水冷方式とした。真空チェンバー、架台を含めて製作を行った。負イオン源は検討の結果、既存のセシウムスパッタ方式のものを再整備して利用することにした。消耗品交換と清掃、電源整備の結果、加速器と連結可能な真空度が得られている。負イオン電流については数百ナノA程度に留まっており、引き続きパラメータ調整を行う。正イオン源は電子サイクロトロン共鳴(ECR)タイプを採用し、RFQリニアックに直結してミリAオーダーの加速電流（パルス波高値）を得た。次年度はこれらの合流入射を試みるほか、効率的入射を行うためにソレノイド電磁石の製作を行う。

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Grant amount：\4160000 （ Direct Cost: \3200000 、 Indirect Cost：\960000 ）

本研究は、高速スイッチパルス電源による高価数イオンビーム引き出し方を採用した、短パルスイオン源を開発及び原理実証をおこない、短パルスビーム生成・イオン種分析測定を実施することで、高価数パルスイオンビーム生成における高速パルス引き出しの有用性を明らかにする。
研究初年度は、①ECRイオン源からビームを引き出すための電極系の設計製作のと②パルス高圧電源の検討について行った。①に関しては、まず、3次元ビームシミュレーションソフトウェアを用いて、ECRプラズマから引き出されるビームの軌道を解析し、陽子ビームの規格化エミッタンスが最小となるようにプラズマ電極と引き出し電極、リペラー電極の間隔・電極内径を設計した。
次に②に関しては、3次元ビームシミュレーションにより設計したプラズマチェンバー・引き出し電極系の配置からプラズマチェンバーと真空容器間の静電容量を見積もることで、引き出し電圧の立ち上がり時間50 n秒以内を満たすために必要な高速スイッチパルス電源のピーク電流量を概算した。概算結果より、高速スイッチパルス電源に要求される仕様はピーク電流量:50 A、耐電圧:40 kV、最小パルス幅：1マイクロ秒未満となった。そのため仕様を満たす高速スイッチパルス電源が当初の予定より高額なとなったが、パルス幅1マイクロ秒未満の短パルスイオンビームを実現するためその電源を選定した。
以上の検討結果をもとに、ビーム引き出し電極系を含めたECRイオン源、パルス高圧電源の製作・構築をおこなっており、ECRイオン源の製作は既に完了している。また、パルス高圧電源についても、その構成装置である、直流高圧電源や高速スイッチング装置の調達が完了しており、パルス高圧電源の構築が済み次第、動作試験をおこなっていく。

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