Development of a brand-new radiation-detection technique by non-linear electrooptics to monitor high-power beam

开发一种全新的非线性电光辐射检测技术来监测高功率光束

• 批准号: 20K20926
• 负责人: 西口 創
• 金额: $ 3.99万
• 依托单位: High Energy Accelerator Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-07-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K20926/
• 关键词: 素粒子実験; 放射線検出器; 大強度加速器; 放射線損傷; 電気光学効果; ビームモニタ; 放射線損傷耐性; ポッケルス効果

本研究では、大強度加速器におけるビーム検出器の放射線損傷の問題を、従来とは全く異なる動作原理に基づく検出器の開発で克服することを目指す。そこで、大強度ビームによる空間電荷効果が引き起こす電場擾乱を検出可能である事を示し、微小な電場擾乱の検出は誘電体の持つ非線形電気光学効果を応用する事で実現する。誘電体に電場を印加すると屈折率が変化する事が知られており、光学産業では屈折率や光透過を制御する技術として応用されている。これを逆転の発想で応用、ビーム起因の電場擾乱により引起こされる屈折率変化を検知、これによりビーム検出を実現する。この方式なら、検出器の媒体に放射線損傷が起きても、ビームにより引き起こされる電場擾乱の大きさに影響はないため、検出器としての動作そのものに大きな影響はない。本研究により、J-PARCで計画中のミュー粒子電子転換過程探索実験や、将来の大強度ニュートリノ実験でも安定に精度良く動作可能な大強度ビーム検出器が実現可能になる。本研究で全く新しい検出原理を実証することで放射線損傷問題を克服、より大強度なビームを用いた実験を可能にし、より高いエルギー領域に迫る新しいアプローチを切り拓く。そこで令和3年度に、誘電体の屈折率の変化を検出するセンサーの開発、及び本研究の仕上げとして実施を予定しているビーム照射試験の準備を進めた。センサー開発は、誘電体と光センサーの組み合わせにより各種製作した。R3年度に予定していたJ-PARC・MRシンクロトロンにおける大強度ビーム照射試験は、当該加速器における電源更新のため実施出来なかったため、照射試験をR4年度に実施すべく本研究計画を1年繰り越した。しかしながら、R4年度の当該加速器の運転は当初計画よりも短縮され、R4年度にも照射試験は実施出来なかった。そのため、センサーの読出し回路の改良作業のみを実施した。

这项研究旨在通过基于完全不同的工作原理开发检测器来克服高强度加速器中光束检测器中辐射损伤的问题。因此，可以检测到由大强度梁引起的空间电荷效应引起的电场扰动，并且可以通过应用介电的非线性电流效应来检测小型电场扰动。众所周知，当将电场应用于电介质时，折射率会发生变化，并且正在光工业中应用，以作为控制折射率和光传输的技术。这是以相反的方式应用的，并且检测到由梁引起的电场干扰引起的折射率的变化，从而实现了梁检测。使用这种方法，即使辐射损伤发生在检测器介质中，也不会影响由光束引起的电场干扰的大小，因此不会显着影响检测器本身。这项研究将实现一个大强度束检测器，该检测器可以在J-PARC和未来的高强度中微子实验的MUON电子转换过程搜索实验中稳定而准确地运行。这项研究表明了一个全新的检测原理，该原理克服了辐射损伤的问题，可以使用大强度梁进行实验，并打开接近高级区域的新方法。因此，在2021年，我们开始开发一个传感器，该传感器检测介电折射率的变化，并准备梁辐射测试，该测试计划以对这项研究的最后触摸进行。使用电介质和光学传感器的组合进行了各种传感器开发。由于加速器中的电源更新，无法进行计划为R3进行的J-PARC/MR同步器的高强度光束辐照测试，因此该研究计划进行了一年以在R4中进行辐照测试。但是，R4中加速器的操作从初始计划中缩短了，即使在R4中也无法进行辐射测试。因此，仅对传感器读数电路进行改进。