誘電体加速による超高Ｑ・超高電界加速器の実証と超高輝度ビームとの融合の研究

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本研究は、誘電体の持つ低誘電損失特性を利用した、常伝導加速空洞と比較して大幅に高いQ値をもつフォトニック加速空洞の開発とその原理実証を行うことが目的である。最終度は、フォトニック加速空洞の原理実証機として多セル（5セル）空洞の開発に着手した。まず、2次元有限要素法並びに3次元有限積分法による電磁場シミュレーションで原理実証機空洞の性能を最適化した。その結果、実在する低誘電損失セラミックスを用いて、既存の常伝導加速空洞の無負荷Q値より1桁高く、シャントインピーダンスも数倍高い性能を持つ高電力効率のフォトニック加速空洞の設計に成功した。次に原理実証機空洞に関する高周波設計をもとに、実際に①セラミックセル構造の製作や②入力カプラー、モードコンバーターといった原理実証機空洞に付随する高周波デバイスの設計・製作を経て、最終的には多セルタイプのフォトニック加速空洞の原理実証機を完成させた。そして、この原理実証機に対してベクトルネットワークアナライザーを用いた低電力試験を実施した。その結果、本原理実証機は電磁場シミュレーションによる設計値とほぼ同じく、既存の常伝導加速空洞の10倍以上に相当する高い無負荷Q値を持つということを実験的に証明した。また、ビードプル摂動法を用いて、空洞内に励振される軸上電場分布とシャントインピーダンスを測定した結果、電磁場シミュレーションで求められた値とほぼ同じ測定結果が得られた。最終的には、大電力高周波源としてクライストロンを用いた高電界試験を実施し、加速空洞内部にMV/mオーダーの軸上加速電界を励振させることにも成功した。