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

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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．