2006 Fiscal Year Annual Research Report
3次元FDTD法電磁場計算に基づく高品位電子ビームとTHz-FEL発振の研究
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17360035
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
濱 広幸 東北大学, 大学院理学研究科, 教授 (70198795)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河合 正之 東北大学, 大学院理学研究科, 助教授 (60374899)
日出 富士雄 東北大学, 大学院理学研究科, 助手 (60292207)
武藤 俊哉 東北大学, 大学院理学研究科, 教育研究支援者 (10431496)
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| Keywords | 高周波電子銃 / 熱陰極 / 時間領域差分(FDTD)法 / コヒーレント放射 / 自由電子レーザー / テラヘルツ光 / 速度集群効果 / バンチ圧縮 |
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| Research Abstract |
2005年度から研究開発してきた時間領域差分(FDTD : Finite Difference Time Domain)法を用いた高周波電磁場計算コードを用いて高周波(RF)電子銃を設計し、これを製作した。このRF電子銃は2つの独立した加速空洞からなり、それらの間の高周波位相や電場強度を可変として最適化することにより、電子ビームの速度集群(Velocity bunching)効果を促進することが可能であり、その後に連結するバンチ圧縮器を兼ねたビーム輸送路も最適化することによって、最短で50フェムト秒以下のパルス巾の電子ビームを生成できる可能性があることをシミュレーション計算によって明らかにした
バンチ圧縮器を通過する電子ビームの運動エネルギーは約1.5MeVとさほど大きくない事から、エネルギー偏差による粒子ごとの速度の違いを無視する事ができない。この効果も含めてバンチ圧縮機のビーム光学を設計し、エネルギー分散関数の2次の項も利用して、極めて短いバンチ長が得られる事を数値的に示す事ができた。
製作したRF電子銃の基本的な高周波に関するパラメータ測定も行なった。その結果Q値はほぼ計算通りの値を得たが、共振周波数が目標の2.856GHzから約0.03GHz低いことが判明した。これについて精密な3次元計算を行なった結果、RFの入力ポート及び真空排気ポートの影響が当初の想定より大きい事が明らかになった。これの修正は工作上不可能であるため、更に精度を上げた数値計算を行ない、後継器を製作することとし、本機においては電場分布およびシャントインピーダンスの測定を継続する事とした。
これらの一連の研究成果は2つの国際会議で発表し、一定の高い評価を得ることができた。
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Research Products
(3 results)
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[Journal Article] Conceptual design of an isochronous ring to generate coherent teraherz synchrotron radiation2006
Author(s)
H.Hama, H.Tanaka, N.Kumagai, M.Kawai, F.Hinode, T.Muto, K.Nanbu, T.Tanaka, K.Kasamsook, K.Akiyama, M.Yasuda
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Journal Title
New Journal of Physics 8
Pages: 292-307
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[Journal Article] Super Coherent THz Light Source Based on an Isochronous Ring with Very Short Electron Bunches2006
Author(s)
H.Hama, K.Akiyama, F.Hinode, K.Kasamsook, M.Kawai, T.Muto, K.Nanbu, T.Tanaka, M.Yasuda, H.Tanaka
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Journal Title
Proc. 28^<th> International Free electron Laser Conference, Berlin, Germany 1
Pages: 371-374
