Developments for muon acceleration with cyclotron resonance

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ミューオン加速技術は、宇宙線ミューオンで行われているイメージングを凌駕するミューオンビームによる透過イメージングや高エネルギーミューオン衝突型加速器など、様々な将来計画の基盤技術となるものである。本研究課題では、近年実現したミューオンの高周波技術をもとに、サイクロトロン共鳴加速原理の検証を行うものである。サイクロトロン共鳴加速は一様磁場中でのサイクロトロン運動と横方向電場を持つTEモードなどの高周波電場を同期させることで粒子を加速する方式である。既に電子加速で高効率加速の実績があるが、電子の場合は相対論的効果によって到達エネルギーに限界がある。陽子加速も検討されてきたが、質量が重たい分大口径の強磁場ソレノイド磁石がボトルネックとなる。以上の経緯を考慮すると、電子と陽子の中間質量をもつミューオンはサイクロトロン共鳴加速に適した粒子であり、高周波加速が実現した今こそ、この手法によるミューオン加速の検証の時が来たといえる。本原理の検証のために、原理実証器の設計・製作・試験を行う。電磁場解析ソフトならびに粒子軌道シミュレーションに基づいて、324MHzのTE11加速空洞の設計を行った。本加速空洞を用いてミューオンを10数cm程度の領域で10MeV以上まで加速することが可能である。現在、空洞制作の最終段階にあり、制作後はミューオン加速に必要なMW級の大電力試験を実施し、本加速原理の検証を行う。