純イオンプラズマを用いたビーム物理の実験的研究

纯离子等离子体束流物理实验研究

• 批准号: 17740367
• 负责人: 伊藤 清一
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17740367/
• 关键词: 非中性プラズマ; ビーム物理; 空間電荷効果

本研究は,ビーム物理研究に応用できる機能を備えた線形ポールトラップシステムを構築し,このシステムによりビーム不安定現象を実験的に研究することを目的とした.本年度は昨年度までの結果を基に実験装置の改良を行ない,典型的なビーム不安定性の一つである非線形共鳴現象に対する空間電荷効果の影響について検討した.1.実験装置の改良.(1)レーザー冷却系の改良.実験ではイオンプラズマの温度をレーザー冷却により制御する.そのためにはレーザーの波長安定性が重要である.レーザー冷却用のレーザー光学系を改良することにより,波長安定性,伝送効率を向上した.このレーザー冷却系により線形ポールトラップに捕捉した10^4程度の^<40>Ca^+プラズマの温度を数千〜100K程度の範囲で制御することに成功した.通常のレーザー冷却に比べ温度の下限が高いのは,イオン数が多くイオン閉じ込めのための高周波(rf)電場による加熱効果が大きいためと考えられる.(2)レーザー誘起蛍光(LIF)観測系の改良.観測はファラデーカップによる粒子数測定とLIF法を組み合わせて行う.ただし,昨年まではLIF観測の視野が狭く,イオントラップ内の一部の領域しか観測できなかった.本年度は結像光学系を変更することにより十分に広い視野を確保した.2.共鳴損失の観測非線形共鳴は,イオンプラズマ捕捉のためのrf電場の(空間的な)高調波成分とイオン運動の永年振動が共鳴することにより粒子が損失する現象である.加速器においては収束磁場の高調波成分とベータトロン振動の共鳴として同様の現象が発生する.イオントラップに捕捉する粒子数を変化させ,非線形共鳴の生じる条件に対する空間電荷効果の影響を実験的に検討した.その結果,イオン数の増加に伴い,共鳴周波数が低下していく様子が観測された.これは空間電荷効果により,イオンが感じる閉じ込め場が減少し永年振動の周波数が低下するためである.このズレ量から,ビーム物理で空間電荷効果の影響の指標として用いられるTune Depressionを評価すると,およそ0.8程度であり加速器ビームに比べ高密度状態にあることが分かった.このことからビーム不安定現象及びそれらに対する空間電荷効果の影響を研究する模擬実験装置として,この線形ポールトラップシステムが有用であることが確認できた.このシステムは非線形共鳴以外の様々なビーム不安定性についても再現することが出来る.今後は様々なビーム不安定性について検討を進める.

这项研究旨在构建具有可用于梁物理研究的功能的线性极陷阱系统，并使用该系统实验研究束的不稳定性现象。今年，我们根据去年的结果改进了实验设备，并检查了空间电荷效应对非线性共振现象的影响，这是典型的束稳定性之一。1。改进实验设备。 （1）改进激光冷却系统。在实验中，离子血浆的温度由激光冷却控制。为此，我们使用激光来实现这一目标。波长的稳定性很重要。激光冷却的激光光学元件具有提高波长稳定性和传输效率。该激光冷却系统已成功控制了在大约数千至100k的线性极陷阱中捕获的^<40> Ca^+等离子体的温度。温度高于正常激光冷却的原因很可能是因为离子数量较大，并且由于用于离子限制的高频（RF）电场，因此加热效果很大。 （2）激光诱导的荧光（LIF）改进观察系统。通过使用法拉第杯和LIF方法结合粒子计数测量来完成观察。但是，直到去年，LIF观察的视野狭窄，只能观察到离子陷阱内的一部分。今年，我们通过更改成像光学系统确保了足够广泛的视野。2。观察共振丧失非线性共振是一种现象，其中颗粒由于离子等离子体捕获的RF电场的（空间）谐波组件的共振而丢失，并且离子运动的长期振动。在加速器中，我们收集了以下几点：类似的现象是作为通量场的谐波成分与β振荡之间的共振发生的。改变了离子陷阱中的颗粒数量，并通过实验研究了空间电荷效应对发生非线性共振的情况的影响。结果，观察到谐振频率随离子数量的增加而降低。这是因为离子感受到的限制场降低，并且长期振荡的频率降低。该偏差量表明，该曲调被用作梁物理中空间电荷效应的效果的指标。评估抑郁症，发现它大约为0.8，并且密度比加速器束更高。这证实了该线性极陷阱系统可作为模拟实验装置，可研究梁不稳定性的影响以及空间电荷对它们的影响。除非非线性共振以外，该系统还可以再现各种光束不稳定性。将来我们将继续研究各种光束不稳定性。

项目成果

Nonlinear resonance effects in a linear Paul trap

线性保罗陷阱中的非线性共振效应

• 发表时间: 2007
• 期刊: J. Phys. Soc. Jpn 76, 014802
• 作者: R.;Takai
• 通讯作者: Takai

Development of a compact plasma trap for experimental beam physics

开发用于实验束物理的紧凑型等离子体陷阱

• 发表时间: 2006
• 期刊: Jpn. J. Appl. Phys. 45
• 作者: J.;Wei;Jaume Garriga and Takahiro Tanaka;H. Okamoto;Nathalie Deruelle;Masaru Shibata;H. Higaki;Atsushi Nakamura;Masahiro Nakashima;Atsushi Nakamura;H. Okamoto;Masaki Satoh;J. Wei;Hiroaki Wada;David Langlois;R.Takai;Chul-Moon Yoo;M. Adachi;S. Motoki;Hideo Kodama;M. Adachi;T. Takaishi;R. Takai
• 通讯作者: R. Takai