【技術】イオン用超伝導加速空洞の高加速電圧試験に成功　大強度イオンビームのより効率的な加速を可能に

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共同発表：イオン用超伝導加速空洞の高加速電圧試験に成功～大強度イオンビームのより効率的な加速を可能に～
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理化学研究所（理研）仁科加速器研究センター高効率加速空洞開発チームの坂本成彦　チームリーダーらの共同研究グループ※は、純ニオブ注１）材料を用いた低速イオン用の超伝導注２）加速空洞を開発・建設し、従来の常伝導注２）加速空洞に比べて１／１００以下の電力で、最大１．６メガボルト（ＭＶ）もの高電圧を発生させることに成功しました。この研究は、内閣府総合科学技術・イノベーション会議が主導する革新的研究開発推進プログラム（ＩｍＰＡＣＴ）の藤田玲子　プログラム・マネージャーの研究開発プログラムの一環として行われました。

大強度のイオンビームを加速する場合、イオン間の電気的な反発力の影響をできるだけ少なくし、ビームを短時間で加速できるように、高い電圧を発生する加速空洞が必要になります。

しかし、従来の銅を材料にした常伝導加速空洞は、電気抵抗が大きいため、高い電圧を発生させると発熱が大きくなりすぎるという課題がありました。このため、電気抵抗の極めて低い、ニオブなどの超伝導材料が長らく注目されていましたが、純ニオブを使って低速イオン用の加速空洞を作ろうとすると形状が複雑になるため、国内での実現例はありませんでした。

そこで共同研究グループは、高度なプレス加工技術や電子ビーム溶接技術、さらに表面処理技術を駆使して、純ニオブ材料を用いた低速イオン用の超伝導加速空洞の製作に挑戦しました。ニオブは液体ヘリウムにより直接冷やされることで超伝導状態になり、電気抵抗が極めて小さくなって、空洞表面での電流による発熱が非常に小さくなります。

今回製作した超伝導加速空洞を高エネルギー加速器研究機構（ＫＥＫ）内の試験設備に設置し、高電圧試験を行いました。その結果、わずか２４ワット（Ｗ）で１．６ＭＶの高電圧を発生させることができました。これは、液体ヘリウム冷凍機の冷却効率を考慮に入れても、従来の銅を用いた常伝導加速空洞に比べて１／１００以下の電力で非常に高い電圧を発生できたことを意味します。

今回の超伝導加速空洞の開発によって、大強度イオンビームの効率的な加速に大きく寄与する技術が得られました。この技術は人工核変換注３）による放射性廃棄物の低減を実現する上で重要です。また、医療用ラジオアイソトープ（ＲＩ）注４）製造や、粒子線治療に用いる加速器の小型化にもつながります。本成果は、２０１６年９月２９日に米国ミシガン州で開催される第２８回線形加速器国際会議（ＬＩＮＡＣ２０１６）において発表されました。

（以下略）

【技術】イオン用超伝導加速空洞の高加速電圧試験に成功 大強度イオンビームのより効率的な加速を可能に

【技術】イオン用超伝導加速空洞の高加速電圧試験に成功　大強度イオンビームのより効率的な加速を可能に