2018 Fiscal Year Research-status Report
熱流束計測に基づくＸ線自由電子レーザのパルスエネルギー絶対測定
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17K18422
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
田中 隆宏 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (30509667)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 放射計 / Ｘ線自由電子レーザー / パルスエネルギー / 校正 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、Ｘ線自由電子レーザー(X-ray Free-Electron Laser: XFEL)のパルスエネルギーの絶対測定を目指し、熱流束測定を基にしたパルス放射計の開発を進めている。これまでXFELのパルスエネルギーの絶対値は、平均レーザーパワーから間接的に算出していた。これは、絶対測定である極低温放射計などの既存の放射計の時定数が数十秒程度とXFELの繰り返し周波数である数十Hzよりも遅いためである。そこで、本研究では熱流束計測を基にした新しい放射計であるパルス放射計を開発し、XFELのパルスエネルギーの絶対値を直接的に測定することを目指している。
昨年度に行ったパルス放射計の設計、組み立て、調整の結果、動作原理の確認には成功したがＳＮ比の改善が必要であることが明らかとなった。そこで本年度は、パルス放射計の改造を行った。具体的には、パルス放射計の検出部分である受光部の小型軽量化ならびに制御系の全面的な見直しを行った。まず、受光部の小型軽量化では、99%以上のFEL吸収率を維持できる寸法で可能な限り小型化した。さらに、受光部の主要素材を金（Au）から銅(Cu)に見直し、壁厚も可能な限り薄くした。その結果、受光部の熱容量を約５分の１まで下げ、熱的感度を向上させた。次に、制御系の見直しを行い、超高速マルチメータを軸にしたものに再構築した。また、各結線の遮蔽も強化し、耐ノイズ性を向上させた。以上の改良後、パルス放射計に内蔵させたヒーターによるセルフテストを行った。その結果、約100マイクロジュールのパルスエネルギーを計測できるだけのＳＮ比に達していることを確認した。XFELの典型的なパルスエネルギーが100~500マイクロジュールであるため、十分なSN比であることが明らかとなった。
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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
初年度（昨年度）はパルス放射計の設計、組み立て、調整を行い、SN比の向上などの様々な課題が明らかとなった。そこで、今年度はこれらの課題解決のため、パルス放射計の受光部の改造や、制御系の大幅な見直しを行った。その結果、約100マイクロジュールのパルスエネルギーを約10%の精度で測定できるSN比であることを確認した。このSN比は、国内唯一のXFEL施設であるSACLA(SPring-8 Angstrom Compact free-electron LAser)の典型的なパルスエネルギーが100マイクロジュールから500マイクロジュールに対して十分なものであると考えられる。
以上のように、当初の計画通り、今年度までにパルス放射計の設計、開発ならびに動作確認までを終えることができた。そのため、ここまでは順調に進展しているものと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
計画通り、パルス放射計の動作確認まで行ったので、最終年度である次年度はXFELのパルスエネルギーの実測を行う。実験はSACLAにて行う予定である。まず、次年度（2019年度）の前半(４月)のビームタイムでは、アッテネータを入れずにフルパワーのFELの測定を行い、動作の実証を行う。パルス放射計の実証では、ビームラインに常駐のオンラインモニターを使う。もしこの実証試験で課題が発見された場合は、１２月に予定の後期のビームタイムまでに解決を図る。後期のビームタイムでは、アッテネータを使ったパルス放射計のリニアリティの評価や、FEL繰り返し周波数依存性などの詳細な特性評価を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた主な理由は、パルス放射計の改造に関連する作業を可能な限り研究代表者自身で進めたことにより、研究開発費を当初の予定より抑えることができたためである。この次年度使用額は、次年度に予定しているパルス放射計の性能実証実験に使用する予定である。
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