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

基本信息

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

项目摘要

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．

该任务的目的是冷却带有低温氦气在离子陷阱中捕获的离子等离子体，以创造出足以发生集体振荡的状态，并使用它来实验研究集体振荡对加速器束稳定性的影响。到去年，我们已经生产并组装了一个真空系统，该系统可以到达超高真空，这是一个可以冷却至4K的两阶段GM低温恒温器，以及使用低温恒温器冷却离子陷阱。今年，将一个离子陷阱安装在真空容器中，连接到低温恒温器的第一阶段，并冷却离子陷阱以获得以下结果。 1）冷却的热交换器安装在低温恒温器的第二阶段，并进行了冷却测试，同时连接了HE气体引入系统的管道。热交换器在大约100分钟内达到4.8K。这是一个足够的温度，尽管低温恒温器是单独的，但虽然略高于4.2k。我们还确认，通过使用加热器调节温度，可以在4.8k至300k的范围内控制热交换器的温度。 2）将一个离子陷阱放置在真空容器中，并进行排气测试。在该状态下达到的真空水平在-5 pa范围内，比仅真空容器的情况差三个数量级。这是因为在陷阱安装中使用的聚酰亚胺树脂有大量脱气，以确保真空容器和陷阱之间的热绝缘。因此，我们更改为陶瓷，陶瓷的导热率大约为10倍，但脱气较少。结果，将到达的真空水平提高到足以为这项研究的值，而第8 PA水平为10。3）使用低温恒温器的第一阶段在离子陷阱上进行了冷却测试。这项研究的目标值为100K，但最初仅允许冷却至115K。但是，通过更改结构，它可以冷却至90k。还可以证实，通过使用加热器调节温度，可以在90k至300k的范围内控制离子陷阱的温度。

项目成果

期刊论文数量（2）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
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