今尾浩士
国立研究開発法人理化学研究所 〒 351-0198 埼玉県和光市広沢 2-1
imao@riken.jp
令和 4 年 9 月 16 日原稿受付
Abstract
리켄 RI 빔 팩토리(RIBF)는 지속적으로 우라늄 빔의 대강도화에 임하고 있으며, 지난 10년간 200배 이상의 강도 증강에 성공하고 있다. He 가스를 이용한 하전 스트리퍼 (He 가스 스트리퍼)의 실현은 그 고강도화의 큰 터닝 포인트였다. 또한, 하전 변환 효율을 비약적으로 올리기 위해 현재 제안하고 있는 하전 변환 링(CSR)은 더욱 큰 강도화가 큰 열쇠가 되는 장치이다. He 스트리퍼와 CSR 계획에 관한 관련 물리 화제와 문제를 섞어 소개한다.
소개
리켄 RI 빔 팩토리 (RIBF [1])와 같이 여러 가속기를 사용하여 중이온의 다단계 가속에서 가속가수의 선택성은 특징적인 자유도 중 하나이다. 가속기의 시작점이되는 이온 소스로부터 생성 된 이온의 원자가의 선택과 가속 도중의 원자가는 “하전 스트리퍼”라고 불리는 장치에 의해 제어 선택된다.
가능한 한 다가가 가속기에서의 가속이나 편향은 효율적이지만, 이온원으로 다가 이온을 대강도로 얻는 것은 일반적으로 어렵고, 스트리퍼로 다가로 하기 위해서는 충분히 가속되어 있어야 한다 있다. 가수를 어느 단계에서 어디까지 올리는지, 그 가속 전략의 최적화는 중이온 가속기 설계의 간이다.
특히 스트리퍼의 성능(얻어지는 가수·변환 효율·내구성·균일성 등)은 가속기 전체의 성능(가속 가능 빔 강도·가속 효율·안정성 등)을 결정하는 가장 중요한 인자라고 할 수 있다. 스트리퍼에는 다양한 기술적인 어려움이 있지만, 이온 원자 충돌의 물리 그 자체를 구현한 장치이며, 축축, 중이온 가속기의 성능은 원자 충돌 과정에 지배되고 있다고 해도 과언이 아니다 .
본 논문에서는 제가 중심으로 개발을 하고 있는 리켄 RIBF 에 있어서의 He 가스 스트리퍼[2–4]와 장래 계획의 하나 하전 변환 링(CSR[5–7])에 대해서, 관련하는 물리의 화제 와 문제를 섞어 소개한다. 모두 가장 가속하기 어려운 우라늄 빔에의 적용을 주안으로 한 것으로, 우선 RIBF에서의 우라늄 빔 가속에 대해 개관한다.
1．はじめに
理研 RI ビームファクトリー（RIBF[1]）のように複 数の加速器を用いた重イオンの多段階加速にお いて，加速価数の選択性は特徴的な自由度の一 つである．加速器の始点となるイオン源からの生 成イオンの価数の選択，そして加速途中の価数も 「荷電ストリッパー」と呼ばれる装置によって制御 選択される．なるべく多価の方が加速器での加速 や偏向は効率的あるが，イオン源で多価イオンを 大強度で得るのは一般に難しく，ストリッパーで多 価にするためには十分加速されている必要がある． 価数をどの段階でどこまで上げるのか，その加速 ストラテジーの最適化は重イオン加速器設計の肝 である．特にストリッパーの性能（得られる価数・変 換効率・耐久性・均一性など）は加速器全体の性 能（加速可能ビーム強度・加速効率・安定性など） を決める最重要因子といえる．ストリッパーには 様々な技術的な難しさはあるが，イオン原子衝突 の物理そのものを体現した装置であり，畢竟，重 イオン加速器の性能は原子衝突過程に支配され ているといっても過言ではない． 本稿では私が中心となって開発を行っている 理研 RIBF における He ガスストリッパー[2–4]と将 来計画の一つ荷電変換リング（CSR[5–7]）につい て，関連する物理の話題や問題を織り交ぜながら 紹介する．いずれも最も加速の難しいウランビームへの適用を主眼としたものであり，先ず RIBF に おけるウランビーム加速について概観する．
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