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加速器の基本概念V : これからの高エネルギー加速器　　

および参考文献

髙田耕治KEK

[email protected]://research.kek.jp/people/takata/home.html

総研大加速器科学専攻2011年度「加速器概論Ｉ」講義

2011年 4月 14日

加速器基本概念 IV

目次

I 粒子加速器のあけぼの

I 高エネルギービームの力学 (1)

I 高エネルギービームの力学 (2)

I 高周波加速の基礎

I これからの高エネルギー加速器

I 参考文献


これからの高エネルギー加速器項目

これからの高エネルギー加速器I ERL: Energy Recovery Linac

I LC : Linear Collider

I µ-µ Collider や µ-Factory 計画

I Laser-plasma 加速

I Livingston 線図


これからの高エネルギー加速器ERL

ERLとは

I 電子ビームは放射光リングを 1周するだけで入射リニアックにもどり、高周波エネルギーを放出し、次の電子ビームの加速に寄与

I 入射リニアックからの超短バンチが出す超短パルス幅放射光で、物性の高速な遷移現象を観測

I ビームが連続的に周回する通常のリングでは、放射光放出の量子力学的不確定性によりバンチ長が長く、したがって放射光パルス幅も長いので、高速遷移現象の観測は不可能


これからの高エネルギー加速器ERL

KEK-PF-ERL: KEK将来計画のひとつI リニアックは 1.3GHz 超伝導型I 超短バンチ (0.1− 3 ps) 生成には超短パルス光で照射する光カソードを使用

KEKで検討されている ERL


これからの高エネルギー加速器コライダー

電子・陽電子リニアコライダーの構成I 電子や陽電子の場合、リングでは γ4で増大するシンクロトロン放射電力に加速が追いつけず、100GeVがエネルギーの実用的上限


これからの高エネルギー加速器コライダー

ミュオンコライダーI 電子の 206.7倍の質量をもつ µ粒子のコライダーでは、同じ重心系エネルギーの電子・陽電子コライダーにくらべ、γが 1/206.7ですむ→はるかに高エネルギーまでリング型加速器が使える

I 寿命が τµ = 2.2µsと短いので、すばやく高エネルギーまで加速する必要

I targetで生成された π中間子の崩壊の結果の µ粒子のエネルギー幅が大きいので、圧縮機構が必要

I 下図では Li/Be中を通過させる方式


これからの高エネルギー加速器レーザ・プラズマ加速

レーザ・プラズマ加速cf. C. Joshi and T. Katsouleas : Physics Today, June 2003, p.47.


これからの高エネルギー加速器レーザ・プラズマ加速

加速エネルギーの現状


Livingston Chart

リビングストン線図

Proton Synchrotron

Collider

(Equivalent Energy)

Proton Linac

Electrostatic Accelerator

Betatron

Electron Linac

Electron SynchrotronSynchro-cyclotron

Cyclotron

DC Generator

1MeV

1GeV

1TeV

1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

1017

1016

1015

1014

1013

1012

1011

1010

109

108

107

106

Ac

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y (

eV

)

1PeV

I 初出は M. S. Livingston & J. P. Blewett:”Particle Accelerators, p.6”, MacGraw Hill, 1962

I コライダーでは固定標的実験システムに換算した等価エネルギーを表示

I 達成エネルギーの最高値I 電子シンクロトロン : 2 × 100 GeV　　　 (2000, CERN LEP)

I 陽子シンクロトロン : 2 × 7 TeV　　　 (2010, CERN LHC)

　　　 http://lhc.web.cern.ch/lhc/

I 電子・陽電子リニアコライダーの目標　　　 2 × 500 GeV? (2025以降?)


参考文献

参考文献

I Segre, E. : From X-rays to Quarks (W. H. Freeman and Company,

1980).

I 高エネルギー物理学と加速器の発展の歴史を簡潔にまとめた好著

I Chao, A. W. and Tigner, M. (ed.) : Handbook of Accelerator

Physics and Engineering (World Scientific, 1999).

I 加速器科学全般にわたるコンパクトな辞典I Wiedemann, H. : Particle Accelerator Physics I, II (Springer, 1999).

I 加速器物理の代表的教科書

I Courant, E. D. and Snyder, H. S.: Annals of Physics, 3 (1958) p.1.

I 強集束理論の原著論文


参考文献

参考文献つづきI Schwinger, J. : Physical Review, 75 (1949) p.1912.

I シンクロトロン放射の電磁気学を論じた古典的論文

I Gilmour, A. S. : Microwave Tubes (Artech House, 1986).

I 大電力高周波発生にかかわる電子管技術の入門書

I Padamsee, H., Knobloch, J. and Hays, T. :

RF Superconductivity for Accelerators (John Wiley & Sons, 1998).

I 超伝導高周波空洞の物理とその加速器への応用を扱った教科書

I 最後に、多数の研究者による力作が揃った高エネルギー加速器セミナー OHO の講義録シリーズ　　 (http://accwww2.kek.jp/oho/index.html)を必見のこと!!!!

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