Production of cold ion plasma for studying dynamics of high quality beams

产生用于研究高质量光束动力学的冷离子等离子体

• 批准号: 21H03737
• 负责人: 伊藤 清一
• 金额: $ 10.9万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H03737/
• 关键词: ビーム物理; イオンプラズマ; 空間電荷効果; バッファガス冷却; 荷電粒子ビーム

本課題の目的は，イオントラップに捕捉したイオンプラズマを低温のヘリウムガスで冷却することで集団振動が発現するのに十分な状態にし，これを用いて集団振動が加速器ビームの安定性に与える影響を実験的に調査することである．昨年度までに超高真空に到達できる真空系，4 Kまでの冷却が可能な2段GM型クライオスタット，クライオスタットによる冷却可能なイオントラップの製作・組み立てを行った．本年度はイオントラップを真空容器内に設置し，これをクライオスタットの一段目に接続して冷却を行い下記の結果を得た．1) クライオスタットの2段目にHeガス冷却用の熱交換器を設置し，Heガス導入系の配管を接続した状態で冷却試験を行った．熱交換器は約100分で4.8Kに到達した．これはクライオスタット単体での到達温度4.2Kよりは僅かに高いが十分な到達温度である．またヒーターで温調かけることにより，熱交換器の温度を4.8Kから300Kの範囲で制御できることを確かめた．2) 真空容器内にイオントラップを設置し排気試験を行った．この状態での到達真空度は10の-5乗Pa台であり，真空容器のみの場合に比べ3桁ほど悪化した．これは，真空容器とトラップ間の熱絶縁を確保するためにトラップマウントに採用したポリイミド樹脂からの脱ガスが多いためであった．そこで，熱伝導度は10倍ほど大きいが脱ガスの少ないセラミックス製に変更した．その結果，到達真空度は10の-8乗Pa台と本研究に十分な値に改善した．3) クライオスタットの1段目を使ったイオントラップの冷却試験を行った．本研究での目標値は100Kであったが，当初は115Kまでしか冷却できなかった．しかし，構造を変更することで90Kまで冷却することに成功した．またヒーターで温調をかけることにより，イオントラップの温度を90Kから300Kの範囲で制御できることも確かめた．

The purpose of this project is to investigate the effects of cluster vibration on the stability of accelerator. Last year, the ultra-high vacuum system was reached. The vacuum system was cooled at 4 K. The cooling was possible for 2-stage GM model. The cooling was possible for production and assembly. This year, the heat exchanger for cooling was set up in the vacuum vessel, and the cooling test was carried out in the piping of the introduction system. The heat switch reaches approximately 100 minutes and 4.8K. The arrival temperature of this unit is 4.2K The temperature of the heat exchanger ranges from 4.8K to 300K. The temperature of the heat exchanger ranges from 4.8K to 300K. The temperature of the heat exchanger ranges from 4.8K to 300K. The vacuum degree reached in this state is less than 10 °-5 ° Pa, and the vacuum container is less than 3 ° C. The vacuum vessel is insulated from heat by a resin. The thermal conductivity is 10 times higher than the thermal conductivity. The results showed that the vacuum reached 10 ° C and the cooling test was carried out. The purpose of this study is to cool down at 100K. 90K cooling is successful. The temperature of the temperature range is from 90K to 300K.

项目成果

イオントラップ用低温バッファガスシステムの開発

离子阱低温缓冲气体系统的研制

• 发表时间: 2022
• 作者: Onoda Daichi;Akatsuka Masaki;Kawano Naoki;Kato Takumi;Nakauchi Daisuke;Kawaguchi Noriaki;Yanagida Takayuki;伊藤清一
• 通讯作者: 伊藤清一

バッファガス冷却器を備えたビーム物理研究用イオントラップシステムの開発

开发带缓冲气体冷却器的用于束物理研究的离子阱系统

• 发表时间: 2022
• 作者: Suto Takeru;Kawano Naoki;Okazaki Kai;Takebuchi Yuma;Shiratori Daiki;Fukushima Hiroyuki;Kato Takumi;Nakauchi Daisuke;Yanagida Takayuki;柴崎茂光・八巻一成;伊藤清一
• 通讯作者: 伊藤清一