超伝導に関連した開発研究

国際リニアコライダー(ILC)等の次世代の加速器実現に不可欠な技術が超伝導加速技術です。KEKでは、冷却設備、大電力マイクロ波発生装置、空洞保冷装置(クライオスタット)、試験用電子ビーム発生装置などを備え、総合的な超伝導加速システム試験試験を行っています。

STF110829_s.jpgクライオモジュールで構成する主線形加速器

目的・ビジョン

より高いエネルギーの実現を目指す次世代の加速器には、超伝導加速技術が不可欠です。超伝導加速とは、ニオブ等の超伝導材料でつくられた「超伝導加速空洞」にマイクロ波を送り込んで電場をつくり、電子や陽電子のビームを加速する方式です。-271度Cまで冷却されたニオブ製の空洞の内表面は超伝導状態になり、電気抵抗が生じません。そのため、電力損失や加熱が起こらず、空洞の中にマイクロ波のエネルギーを、きわめて効率よく溜め込むことができるのです。

KEKでは、次世代加速器の実現に向け、これまでより4〜5倍高い加速電界をもつ9セルニオブ製加速空洞、加速空洞を密に並べて保冷するクライオモジュール、パルス大電力RFを発生させるクライストロンおよびそのパルス電源、パルス大電流を安定加速するためのフィードバック技術等の技術開発を進めています。

概要

KEKは超伝導加速技術の分野で世界的な大きな実績を有しています。トリスタン加速器での大規模な超伝導加速空洞の使用、その実績のもとで開発されたBファクトリー加速器での超伝導加速空洞は1.3アンペアもの大電流電子ビームの安定加速という世界トップの性能を誇るものです。また、Bファクトリー加速器用クラブ空洞やJ-PARC2期計画用超伝導加速空洞開発も行っています。KEKでは、これらの実績を次世代加速器である国際リニアコライダー(ILC)に応用すべく、様々な超伝導関連の開発研究が行われています。

これらの研究開発は、超伝導RF試験施設(STF)を拠点に、STF フェーズ1とSTF フェーズ 2の2期に分けた開発計画に沿って推進されており、最終目標は主線形加速器を建設できる担当能力の獲得です。これには担当能力をもつ研究者の育成はもとより、企業の担当能力の育成も目標のひとつとなっています。

また、超伝導加速技術は、次世代の放射光科学の発展に寄与します。KEKで推進する次世代放射光エネルギー回収型ライナック(ERL)にも、超伝導加速技術が欠かせません。超伝導技術は、加速器の小型化につながるため、小型化を主眼としながらも、従来の性能をしのぐ高輝度X線発生装置の開発を目指して、次世代小型高輝度X線発生装置開発の開発も進められています。広大な敷地を必要とした加速器をバトミントンのコートにすっぽり収まるサイズにまで小型化し、5ナノメートル~0.025ナノメートル(100万分の5mm~10億分の25mm)という、ごく短い波長領域の非常に明るい光を発生させることを目指しています。ERLや小型高輝度X線発生装置の開発は、生命科学研究、ナノ構造解析、創薬、医療診断、マイクロリソグラフィなど、多くの分野へ画期的な波及効果をもたらすことが期待されています。

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関連するWebページ

STF http://www2.kek.jp/stf/
国際リニアコライダー(ILC)公式サイト http://www2.kek.jp/ilc/ja/
Linear Collider Collaboration(LCC)(英語)http://www.linearcollider.org/
ILC通信ウエブマガジン http://www2.kek.jp/ilc/ilc-tsushin/

関連する研究グループ

ILC物理と測定器 http://www-jlc.kek.jp/index-j.html
ATF http://atf.kek.jp/twiki/bin/view/Public/TopPageJ
CFF https://ilc.kek.jp/LCoffice/OfficeAdmin/CFF/