2018 Fiscal Year Annual Research Report
Study of beam loss in energy-recovery linacs (ERLs)
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15K04747
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
中村 典雄 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 教授 (10198228)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
Tanaka Olga 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 博士研究員 (00734568)
島田 美帆 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 研究機関講師 (10442526)
宮島 司 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 准教授 (50391769)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ビームハロー / ビームロス / エネルギー回収型リニアック / 光陰極電子銃 / 電子銃励起レーザー / 超伝導加速空洞 / カソード時間応答 / 空間電荷効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの研究において、コンパクトERL(cERL)におけるビームロスの主な原因が電子銃のフォトカソード（負電子親和性を持つGaAsカソード）の励起レーザー光に対する時間応答の遅れによってバンチコア後方に生成される縦方向バンチテールを起源とする横方向ハローであることをシミュレーションと測定によって検証することができた。この研究は空間電荷効果の影響が小さいバンチ電荷（数pC以下）を持つビームに対して行ってきたが、平成30年度は最大60pCまでの大電荷バンチでの運転を行えるようになったために大電荷バンチでのロス及びハローのスタディを行える機会を持つことができるようになった。大電荷バンチ運転では空間電荷効果の影響が強いために数psのレーザーパルスを重ね合わせて（パルススタッキング）数十psのフラットパルスを生成・照射することによって電子銃で発生させる電子ビームの電子密度をなるべく下げて運転する方法をとった。従って、シミュレーションコードによる計算もその電子分布をなるべく模擬して行った。シミュレーションでは、強い空間電荷効果や電子銃での初期電子ビーム分布の違いの影響などがあって、低電荷バンチ時とはハローを含むビームプロファイルが明らかに異なった。しかし、一方で低電荷バンチの時と同様に縦方向バンチテールを起源とする横方向のハローを形成することもシミュレーションで確認できた。バンチ電荷40pCのビーム運転時に測定されたビームプロファイルをシミュレーションと比較した結果、あまり良い一致を示さなかった。これは、空間電荷効果などの影響を含む電子ビームオプティクスの誤差や不完全なパルススタッキングによる初期電子ビームプロファイルの誤差などが原因として考えられる。今後は、その原因を解明しつつ、より精確なシミュレーションを行って測定との比較を行う予定である。
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