日本研究团队首次演示三维螺旋注入法实现微型储存环束流储存

日本茨城大学、高能加速器研究机构和综合研究大学院大学等机构组成的研究团队近日宣布，已首次通过“三维螺旋注入方法”在微型储存环中实现束流储存，为下一代紧凑型加速器技术提供了实验验证。

演示实验装置的 CAD 图和入射到储罐上的 3D 螺旋光束(用广角镜头拍摄)

该研究由茨城大学理学部基础自然科学系副教授饭沼弘美和东京大学理学研究生院松下亮太等人领导。研究团队指出，在精确测量带电粒子自旋进动时，需要将粒子束长时间稳定储存在高度均匀的磁场中。但当储存环缩小到亚米级尺度后，外部注入束流所需空间大幅受限，传统注入方式难以适用。

为解决这一问题，团队开发了三维螺旋注入方法，使带电粒子束沿三维螺旋轨迹从外部进入强轴对称磁场区域，并借助脉冲磁场偏转装置将束流引导至储存轨道。实验在高能加速器研究机构专门建设的电子束演示实验光束线上完成，研究人员将动量为297 keV/c、脉冲宽度为100纳秒的电子束斜向注入直径22厘米的螺线管型储存磁体。

实验结果显示，在该微型储存环中，束流每4.7纳秒完成一次回转。启用偏转装置后，探测器记录到超过5σ强度、持续时间超过1微秒的信号，相当于束流在储存环中运行超过200圈;未启用偏转装置时，信号持续时间约为100纳秒，与入射束流宽度接近，不满足束流储存判据。研究团队还通过改变储存磁场条件和探测器位置，确认观测信号来自预定储存区域内的累积束流，且测量结果与数值模拟一致。

研究人员表示，三维螺旋注入法原则上可用于多种带电粒子束，尤其适合短寿命粒子的精密测量实验。该方法有望推动下一代紧凑型储存环、复杂磁场束流控制技术以及加速器小型化研究。相关研究于2026年5月21日被接收，并于7月10日以开放获取形式发布。