2019 Fiscal Year Annual Research Report
アンジュレーター放射軟X線の逆コンプトン散乱で実現する高エネルギー偏極光子ビーム
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18H05325
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
村松 憲仁 東北大学, 電子光理学研究センター, 准教授 (40397766)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 伸介 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 光源基盤部門, 主幹研究員 (00416380)
伊達 伸 大阪大学, 核物理研究センター, 特任教授 (10372145)
清水 肇 東北大学, 電子光理学研究センター, 名誉教授 (20178982)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 光子ビーム / 逆コンプトン散乱 / 軟X線 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
軟X線の逆コンプトン散乱による高エネルギー光子ビーム生成を実証する実験に必要な基本的な技術開発と装置整備をほぼ終えた。電子蓄積リング中のアンジュレーターから放射されるX線を180度反射する多層膜ミラーについては、反射位置から蓄積リング再入射位置までに相当する焦点距離を持つ凹面ガラス基板を製作・高精度研磨し、Mo/Si多層膜を各50層形成した。開発した多層膜ミラーはX線照射試験を行い、92 eV付近で55%の高反射率を達成していることが分かった。このミラーは実証実験を展開しているニュースバルBL07Aの真空チェンバー内に設置し、水冷ホルダーによってX線照射中の温度上昇が抑えられていること、精密自動ステージによってX線反射角度が高精度調整できることなどを確認した。また、アンジュレーターから放射されるX線および多層膜ミラーで反射される92 eVの軟X線に対して通過位置・プロファイル・ビーム強度を計測するX線検出器系を開発し、ニュースバルBL07A上で整備した。特に、低速エアシリンダーで移動するタングステンワイヤーによるスキャナー検出器は、反射X線のビーム位置と相対強度を知るのに強力であり、実証実験に必要十分な性能を有していることが一連の試験で分かった。その他、加速器収納部内のBL07A/Bブランチ切替鏡の下流には、逆コンプトン散乱で生成された光子ビームのエネルギー分布・プロファイル・強度を測定するPWO電磁カロリメーターおよびシンチレーションファイバー製ビームプロファイルモニターを開発・設置した。残留ガス制動放射によるガンマ線を使ってこれらのガンマ線検出器系の動作・性能試験を行い、エネルギー測定の線形性など、良好な結果が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画では、2年目までにMo/Si多層膜ミラーとX線検出器系の開発・製作を一通り終え、実証実験を進めているニュースバルBL07Aに設置すること、個々の実験装置の性能評価試験（多層膜ミラーの反射率測定やX線検出器系の動作試験など）を行うことを目標としていた。ガンマ線検出器系については、開発・製作までが完了することを想定していた。実際には、研究2年目終了時点で上記の目標を達成した他、ガンマ線検出器系の設置とデータ収集系の仮整備、残留ガス制動放射によるガンマ線ビームを用いた動作・性能試験まで行うことができた。また、多層膜ミラーにはアンジュレーターから放射されたX線を照射して、反射試験まで行うことができた。この反射試験では、設置したX線検出器系を使って反射軟X線の通過位置や相対強度を精度良く計測でき、精密自動ステージで反射角度の調整まで十分にできることを確認した。逆コンプトン散乱実証実験で使用する装置の設置、装置同士の組合せも含めた動作試験と性能評価をほぼ全て終了し、良好な結果が得られた。これらの成果は多方面で既に公表しており、日本加速器学会誌「加速器」Vol.16 No.3 pp.154-160や日本物理学会第75回年次大会などで発表している。また、共同研究者として参画している東北大学大学院修士課程の学生が修士論文として研究成果をまとめ、学位を得ている。本研究で残されている課題は基本的に、最終年度において軟X線の逆コンプトン散乱試験を進め、生成されたガンマ線の特性（エネルギー分布、プロファイル、ビーム強度など）を測定する実証実験のみとなっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、ニュースバルBL07Aに整備した装置群を用いて、アンジュレーター放射軟X線の逆コンプトン散乱による光子ビームの初観測を目指す。軟X線源となるアンジュレーターはBL07に既設のものを利用し、Mo/Si多層膜ミラーで180度反射する。反射した軟X線の角度調整を精密に行い、蓄積電子ビームと効率良く衝突させる。逆コンプトン散乱によって生成・エネルギー増幅された光子ビームのエネルギー分布や強度などは加速器収納部内のガンマ線検出器系で測定する。この際、データ収集系はVME規格をベースに改良する。光子ビームのエネルギーごとにプロファイル測定することなどが可能となる。逆コンプトン散乱の運動学に照らし合わせて、想定通りの光子ビーム特性が得られていることを確認する。本研究課題の終了後に展開したいと考えている次世代ハドロン光生成実験では、高エネルギー化された光子ビームの強度増強が重要である。そのため、本研究の最終年度では特に、蓄積電流値やアンジュレーター放射X線強度（スペクトル）、反射ミラー特性（反射率、帯域幅）などを基に生成光子ビーム強度を理解することに重点を置く。多層膜ミラーの集光効率を見積もるため、X線を反射する凹面の面精度および面粗さの測定を検査試験事業所に依頼し、拡散成分についても調べる。
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| Remarks |
本科研費による研究を紹介するホームページを運用し、成果を公表している。
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Research Products
(10 results)
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[Journal Article] 軟X線を用いた逆コンプトン散乱による高エネルギーガンマ線ビームの開発2019
Author(s)
村松 憲仁, 岡部 雅大, 鈴木 伸介, 伊達 伸, 清水 肇, 大熊 春夫, 神田 一浩, 宮本 修治, 原田 哲男, 渡邊 健夫, 宮部 学, 時安 敦史
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Journal Title
加速器
Volume: 16
Pages: 154-160
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Production of a high energy γ beam via inverse Compton scattering of soft x-rays from a short undulator2019
Author(s)
Norihito Muramatsu, Masahiro Okabe, Shinsuke Suzuki, Schin Date, Hajime Shimizu, Haruo Ohkuma, Kazuhiro Kanda, Shuji Miyamoto, Tetsuo Harada, Takeo Watanabe, Manabu Miyabe, and Atsushi Tokiyasu
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Journal Title
ELPH Annual Report
Volume: 2018
Pages: 97-101
Open Access
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[Journal Article] Production of a high energy γ beam via backward Compton scattering of soft X-rays from a short undulator2019
Author(s)
Norihito Muramatsu, Masahiro Okabe, Shinsuke Suzuki, Schin Date, Hajime Shimizu, Haruo Ohkuma, Kazuhiro Kanda, Shuji Miyamoto, Tetsuo Harada, Takeo Watanabe, Manabu Miyabe, and Atsushi Tokiyasu
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Journal Title
LASTI Annual Report
Volume: 20
Pages: 22-23
Open Access
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