Research and Development of A High Peak-Power Quasi-Monochromatic THz Light Source with the Combination of Velocity Bunchings

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K12631
• Research Institution: Nihon University
• Principal Investigator: 住友 洋介 日本大学, 理工学部, 助手 (70729243)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 光取り出し用真空チャンバー設置 / 電子ビーム運転調整 / テラヘルツ光 / アンジュレーター放射

Outline of Annual Research Achievements

アンジュレーター（周期磁気回路）装置で発生する準単色テラヘルツ帯域の自発放射光は広がりが大きく、これを測定するためには取り出し用の特注真空ミラーチャンバーをアンジュレーター装置直後に設置する必要がある。今年度はこのミラーチャンバーの設計、発注と設置を行った。短い電子バンチ幅から引き起こされるコヒーレントな放射は主にアンジュレーター上流部において起こるので、上流部を光源とし、ミラーチャンバーに設置する凹面鏡で横方向に取り出し測定するための光学設計とした。凹面鏡は、電子ビームと放射光を共存させるため穴あきミラーとし、また、電子ビーム横端部の衝突による熱負荷耐久性を持たせるため、銅基板のものとした。上記物品納入後にレーザーにてアラインメントの上ミラーチャンバーと凹面鏡の設置、調整を行った。
また、アンジュレーター装置でのテラヘルツ自発放射を引き起こすため、電子ビームの運転調整も開始した。これまでは赤外光放射用の高いエネルギーでの電子ビーム運転パラメーターしか用いられていなかったが、本プロジェクトでは25 MeV以下での電子ビーム運転が必要となる。加速器の運転は加速のためのRF出力や位相、ソレノイド電磁石、四重極電磁石、ステアリング電磁石、偏向電磁石など数多くのパラメーターの調整により行われているが、目的とする25 MeV以下の電子ビームにするためには、既存の電子ビーム運転パラメーターからそれぞれを徐々に変えて調整する方法が賢明である。今年度は既存の67.6 MeVのビーム運転パラメーターを始めとし、電子ビームの電流値や要所に設置されているビーム位置に注意しながらビームエネルギーを下げていき、本プロジェクトとして確保できた運転時間においては37.1 MeVにまで達することができた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り、テラヘルツ放射計測のための真空チャンバーと、測定系までの光学系の設置が完了し、順調に進展している。テラヘルツ帯域光の測定のためには、熱を基準とし電気信号に変換するような広帯域に対応した素子が良いとの助言を産総研・清紀弘様から頂き、それに従い測定システムを構築できる準備は整っている。なお、電子ビームの大幅調整中は加速器室において放射線の発生が予想され、機器の故障を避けるため、エネルギーが目標に近づくまで測定機器は退避してある。
電子ビームの調整に関して、2019年度にはアンジュレーター装置の磁石部の更新があった。真空チャンバー設置作業等完了後から運転調整を開始して、この磁石部更新作業とその他の運転との兼ね合いもあり電子ビームの運転時間が限られることとなったが、その中でも37.1 MeVまでエネルギーを下げた電子ビームの運転条件を取得できており、2020年度（令和2年度）にはこのパラメーターから継続して運転調整を行っていける状態である。なお、アンジュレーター装置は長年の放射線によるダメージの蓄積で、特に上流部において磁石の顕著な減磁が確認されており、これを回復するために磁石部の更新を行ったものである。この更新により磁場が回復したので、上流部の磁場によるアンジュレーター放射を用いる本プロジェクトにも好影響をもたらすこととなる。

Strategy for Future Research Activity

2020年度（令和2年度）は、アンジュレーター装置内の真空ダクトの更新を行う予定である。現在のアンジュレーター装置では、円形の真空ダクトを磁石で挟む構成になっているのだが、低いエネルギーの電子ビームにより発生する放射光は広がりが大きく、現在の円形真空ダクトでは無視できない量の放射が失われる状態にある。この損失を緩和するため、円形の真空ダクトを矩形のものに変更し、輸送されるテラヘルツ帯域光が多くなるようにする。このため、該当範囲に設置可能で最大限輸送効率が高められるような矩形真空ダクトの設計、発注、設置を行う。
また、テラヘルツ帯域のコヒーレント放射に向けて、電子ビームの運転調整を引き続き行う。電子ビームのエネルギーが目標のエネルギーに達することができたなら、そこから各種パラメーター、特にRF出力や位相を中心に調整することで、電子バンチが圧縮（集群化）されるための条件探索を行う。条件探索にはテラヘルツ帯域光の出力値が参考になるので、準備してある測定システムを設置し用いる。本プロジェクトのための運転時間は、他に予定されている運転を踏まえた上でも十分に確保することが可能である。

Causes of Carryover

2019年度予算においては、28,961円の残額が発生した。これは、使用可能となった予算金額や特注品の真空チャンバーの仕様等により影響された結果である。金額から考えても、この金額内で2019年度に消耗品を購入することよりも、次年度の予算と組み合わせ、プロジェクトの進行状況に柔軟に対応し、発注予定で特注品となる矩形真空ダクト等必要なものの購入に使用する方に利点があると考えたため、2019年度の残額を繰り越して使用することとした。