| Project/Area Number |
24K15610
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 80040:Quantum beam science-related
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| Research Institution | Japan Synchrotron Radiation Research Institute |
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Principal Investigator |
青柳 秀樹 公益財団法人高輝度光科学研究センター, ビームライン光学技術推進室, 主幹研究員 (20416374)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2026: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 大型放射光施設 / 放射光ビーム / ビーム位置モニタ / パルス・モード計測 / 空間電荷効果 / 光ビーム位置モニタ / マイクロストリップライン / 放射光ビームライン / ダイヤモンド・ヒートシンク |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は、放射光施設の挿入光源ビームラインにおいて、大強度放射光ビームの単一パルス内で生じる空間電荷効果による過渡現象を観測し、そのメカニズムを検証することである。この目的を達成するために、新規に開発したパルスモード計測型受光素子の技術を活用する。
大型放射光施設 SPring-8 のパルス毎の高輝度化が進んだ結果、大電流パルス信号による空間電荷効果が放射光ビーム位置モニタの特性に影響を与える現象が見出された。この特性変化を正しく理解し、本モニタの性能・信頼性を向上させることによって、世界に広がりつつある第４世代放射光施設における放射光ビーム診断に新たな展開が期待できる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、大強度放射光ビームの単一パルス内において発生する空間電荷効果に起因する過渡現象を詳細に観測することである。これを実現するためには、パルスモード計測型受光素子技術を活用し、4つの検出素子から得られるパルス信号の波形を劣化させることなく同時に記録する必要がある。
検出素子はマシン収納部内の放射光ビームラインのフロントエンド光位置モニタに取り付け、一方、計測装置は実験ホール側に設置している。これに伴い、検出素子と計測装置間の信号伝送には、低損失ケーブルを最短距離となるように新設した。また、伝送時間を10ps以内に統一するため可変長同軸管を導入した。これにより、光位置モニタから出力される単一パルス波形の時間構造を精細に解析できる環境が構築された。
観測された単一パルス波形では、パルス立ち上がりから約0.2 ns後に第一のピークが現れ、約0.5 ns付近に第二のピークが確認された。第一のピークは光電子収集電極のバイアス電圧を変化させてもほとんど影響を受けなかったのに対し、第二のピークはバイアス電圧の増加に伴いパルス高さが上昇することが明らかとなった。
第一のピークは、光電効果により真空中に直接放出された電子に起因すると考えられる。一方、第二のピークは、受光面である金属内部における多重散乱により発生した自由電子が、バイアス電圧の影響により引き出された結果と判断される。また、第二のピークにおいては、ビーム位置に対する検出素子の信号配分比の変動が小さい傾向が認められた。以上の結果は、パルス信号の第一のピークのみを位置算出に利用することで、高感度な光位置モニタの実現が期待できることを示唆している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
初年度の計画としては、ビームプロファイルの“辺縁部”から“中心部近傍”に至るまでの光電子放出の特性を系統的に評価する装置の開発を検討していた。具体的には、検出素子の受光面の電界を任意に制御するために検出素子と光電子収集電 極を平行平板コンデンサー型に配置させ、かつ、放射光の空間分布の情報を取得するために検出素子受光面の二次元走査機能も付加することを計画していた。しかし、申請者らが独自に開発したパルスモード計測型光位置モニタの受光素子をそのまま用いて予備実験を実施した結果、多くの知見を得られた。そこで、当初予定していた専用評価装置の詳細・製作を延期することとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
パルスモード計測型光位置モニタの受光素子を用いた予備実験から得られた知見に基づき、専用評価装置を用いてビームプロファイルの“辺縁部”から“中心部近傍”にかけての光電子放出の特性を体系的に評価する計画である。なお、放射光ビームラインの運用に支障を及ぼさないという条件下にあるため、専用評価装置の導入には一定の制約が伴う点が課題となっている。
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