次世代大強度ハドロン加速器のラティス設計基準及び最適動作点決定法の確立

円形加速器中の大強度ハドロンビームを念頭に、軸方向に長く伸びたイオンプラズマ（長バンチ）の安定条件を主にS-POD II号機を使って調べた。実際の加速器では不可避な磁場誤差の影響を確認するため、イオン収束のための基本四重極高周波電圧（1 MHz）に超周期の摂動（基本周波数1 MHzの自然数分の1）を重畳してイオン損失率を計測した。ラティス対称性の破れにより、新たな共鳴帯が多数出現することを確認した。加えて、主要な共鳴帯の近傍に弱いサイドバンド共鳴が誘起されることも分かった。S-POD III号機では、ロッド電極上の微弱な誘導電荷をモニターすることにより、四重極振動モードの周波数の直接計測を行った。獲得したデータから、トラップ中に捕捉されたイオン数の関数として“チューン降下率（プラズマ密度の指標）”を導くことに成功した。チューン降下率の評価値は、全く別の手法を使った先行研究で結論されていた値とほぼ一致した。線形加速器において典型的な、楕円体から球体状の大強度ビーム（短バンチ）を想定した実験をS-POD IV号機で実施した。これまでトラップ軸方向のイオン閉じ込めポテンシャルは静的であったが、本研究では（典型的な線形ハドロン加速器のビーム収束パターンを念頭に）2 MHzの高周波を使用した。広いチューン領域で一定時間内のイオン残存率を計測し、低次ベータトロン共鳴帯およびシンクロベータトロン結合共鳴帯の存在を明らかにした。チューンダイアグラム上での共鳴帯の分布は静的な軸方向イオン閉じ込め場を使った場合と本質的に変わらないことが分かった。自己無撞着なアルゴリズムに基づく多粒子シミュレーションも並行して実施し、S-POD実験のデータと良い一致を得ている。また、線形加速器の動作条件を適切に選ぶことにより、特定の差共鳴不安定性が強く抑制できることを示した。

円形加速器中の大強度ハドロンビームを念頭に、軸方向に長く伸びたイオンプラズマ（長バンチ）の安定条件を主にS-POD II号機を使って調べた。実際の加速器では不可避な磁場誤差の影響を確認するため、イオン収束のための基本四重極高周波電圧（1 MHz）に超周期の摂動（基本周波数1 MHzの自然数分の1）を重畳してイオン損失率を計測した。ラティス対称性の破れにより、新たな共鳴帯が多数出現することを確認した。加えて、主要な共鳴帯の近傍に弱いサイドバンド共鳴が誘起されることも分かった。S-POD III号機では、ロッド電極上の微弱な誘導電荷をモニターすることにより、四重極振動モードの周波数の直接計測を行った。獲得したデータから、トラップ中に捕捉されたイオン数の関数として“チューン降下率（プラズマ密度の指標）”を導くことに成功した。チューン降下率の評価値は、全く別の手法を使った先行研究で結論されていた値とほぼ一致した。線形加速器において典型的な、楕円体から球体状の大強度ビーム（短バンチ）を想定した実験をS-POD IV号機で実施した。これまでトラップ軸方向のイオン閉じ込めポテンシャルは静的であったが、本研究では（典型的な線形ハドロン加速器のビーム収束パターンを念頭に）2 MHzの高周波を使用した。広いチューン領域で一定時間内のイオン残存率を計測し、低次ベータトロン共鳴帯およびシンクロベータトロン結合共鳴帯の存在を明らかにした。チューンダイアグラム上での共鳴帯の分布は静的な軸方向イオン閉じ込め場を使った場合と本質的に変わらないことが分かった。自己無撞着なアルゴリズムに基づく多粒子シミュレーションも並行して実施し、S-POD実験のデータと良い一致を得ている。また、線形加速器の動作条件を適切に選ぶことにより、特定の差共鳴不安定性が強く抑制できることを示した。