2017 Fiscal Year Research-status Report
湾曲結晶チャネリングを利用したビーム操作技術の開発
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17K05483
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| Research Institution | SAGA Light Source, Kyushu Synchrotron Light Research Center |
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Principal Investigator |
高林 雄一 公益財団法人佐賀県地域産業支援センター九州シンクロトロン光研究センター, 加速器グループ, 副主任研究員 (50450953)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
隅谷 和嗣 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 研究員 (10416381)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | チャネリング / 相対論的電子ビーム / 結晶 / ビーム操作 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
湾曲させた結晶の原子面をチャネリングする荷電粒子は，その原子面に沿って結晶中を進むため偏向されることが知られており，この現象を利用した新しいビーム操作技術の開発を行うことが本研究の目的である．
本研究では，SAGA-LSのリニアックからの255 MeV電子ビームを，湾曲半径が29 mmの(111)面を持つ厚さ40ミクロンの湾曲Si結晶に入射させ，ビームを偏向させることを試みた．結晶透過後のビームの角度分布を測定したところ，チャネリングしなかった成分（volume reflection成分），チャネリングして偏向された成分，デチャネリング成分の3成分に分類することができた．チャネリングした成分の割合は約10％で，1.4 mrad偏向されていることが観測された．また，実験結果は，海外共同研究者が行ったシミュレーションにより再現された．
ビームエネルギーは255 MeVであったが，これは今までに行われた電子の湾曲結晶チャネリング実験の中で最も低いエネルギーである．このような低エネルギー領域では，ビームの結晶内における多重散乱の影響が無視できない．実際に，多重散乱の影響で，チャネリングしなかった成分とチャネリングした成分の角度分布は大きく重なっており，その両成分の中間領域を占めるデチャネリング成分の割合を正しく評価することができなかった．今後の課題として，両成分を十分に分離すべく，湾曲面の湾曲角度を大きくする，すなわち，湾曲半径を小さくすることが必要である．
上述したように，湾曲結晶チャネリングによるビーム偏向法では，ビームの一部だけを偏向させることができるが，これは，ビームスプリッターとして応用可能であることを意味する．従来，高エネルギーのビームを偏向させる際に電磁石が用いられてきたが，電磁石では実現できない新たなビーム操作技術に応用できる点に意義がある．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(1)【湾曲結晶ホルダーの開発】湾曲半径29 mmの(111)面を持つ，厚さ40ミクロンの湾曲Si結晶の開発に成功した．この湾曲結晶のホルダーでは，湾曲半径が固定であったが，今後の研究では，湾曲半径依存性の研究も予定しているため，湾曲半径可変のホルダーが望ましい．現在，湾曲半径可変ホルダーの開発を継続中である．
(2)【放射光X線を用いた結晶面の湾曲角度の評価】SAGA-LSの放射光ビームラインBL15において，X線回折実験を行い，得られたロッキングカーブのピーク幅から，結晶面の湾曲角度を評価した．
(3)【湾曲結晶を用いたチャネリング実験】SAGA-LSリニアックからの255 MeV電子ビームを湾曲Si結晶に入射させ，チャネリングによるビームの偏向実験を行った．得られた結果は，すでに論文として公表した．
(4)【湾曲結晶チャネリングのシミュレーション】海外共同研究者が計算ソフトウェアMathematicaを利用して独自に開発したシミュレーションコードを用い，湾曲結晶チャネリングに関するシミュレーションを行った．その結果は，実験結果とほぼ一致していた．
(1)に関しては，やや遅れているが，(2)と(4)に関しては，おおむね順調に進んでおり，(3)に関しては，論文の公表まで至ったので当初の計画以上に進展している．よって，総合的に判断して，おおむね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)【湾曲結晶ホルダーの開発】上述したように，今後，湾曲半径依存性の研究を行う予定であり，引き続き，湾曲半径可変の結晶ホルダーの開発を進める．
(2)【放射光X線を用いた結晶面の湾曲角度の評価】上記(1)で開発した湾曲Si結晶は，SAGA-LSの放射光ビームラインBL15においてX線回折実験を行い，結晶面の湾曲角度の評価を行う．
(3)【湾曲結晶を用いたチャネリング実験】引き続き，SAGA-LSリニアックからの255 MeV電子ビームを利用して，チャネリングによるビームの偏向実験を行う．湾曲半径依存性，結晶の厚さ依存性に関する系統的な実験を通し，ビームが効率よく偏向される条件の探索を行う．
(4)【湾曲結晶チャネリングのシミュレーション】引き続き，海外共同研究者がシミュレーションを行い，実験結果との比較を行う．
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| Causes of Carryover |
当該年度に，湾曲半径可変の結晶ホルダーの開発を目指し，試作機の製作を行ったが，結晶が数10ミクロンと薄く非常に割れやすいため，開発が遅れている状況である．そのため，湾曲半径可変ホルダーの実機の製作には至っておらず，次年度使用額が生じた．
引き続き，湾曲半径可変ホルダーの試作を進め，開発の目処が立ち次第，実機の製作に予算を充てる予定である．
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