2014 Fiscal Year Research-status Report
パラメトリックX線を利用した先端加速器用ビームプロファイルモニタの開発
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26400304
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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, ビームライングループ, 副主任研究員 (10416381)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | パラメトリックX線 / 相対論的電子ビーム / 結晶 / ビームモニタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
加速器分野においてビームプロファイルの測定は，ビームの性質や加速器の光学的関数等を把握する上で必要不可欠である．従来，リニアックの電子ビームの高精度プロファイルモニタとして，可視遷移放射（OTR）が利用されてきた．しかし，最近，X線自由電子レーザー（XFEL）施設であるアメリカのLCLSや日本のSACLAにおいて，電子ビームのバンチ長が短いためにOTRがコヒーレントになり，ビームのプロファイル測定に利用できないことが判明した．現在，世界規模で研究開発が進められている国際リニアコライダー（ILC）のように，ビームサイズが可視光の波長より小さい場合にもOTRはコヒーレントになると考えられる．
コヒーレントになることを避けるには，より波長の短い光を利用する必要がある．そこで，研究代表者らは，パラメトリックX線（PXR）の利用を提案している．PXRとは，相対論的荷電粒子が結晶に入射した際に，ブラッグ条件を満たす方向にX線が放出される現象である．入射荷電粒子のまとっている擬似的光子が結晶によって回折される現象と解釈することができる．
研究代表者らは，PXRを利用した方法として，(i)近接法，(ii)ピンホールカメラ法，(iii)フレネルゾーンプレート法という3つの手法を提案し，すでに，近接法とピンホールカメラ法の原理の検証実験に成功した．残るフレネルゾーンプレート法の原理の検証実験が本研究の目的である．
当該年度は，まずフレネルゾーンプレートの位置を精密に調整する装置の構築を行った．PXRを利用する前に，装置の性能評価を行うため，九州シンクロトロン光研究センターのビームラインBL09Aにおいて，放射光X線を用いて，フレネルゾーンプレートやピンホール・ビームストップ等関連部品のアライメント法の習得を行った．今後，実際にPXRを用いて電子ビームのプロファイル測定を行う予定である．
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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．実験装置の設計・構築： 本研究では，フレネルゾーンプレートを用いて結晶からのPXRを結像し，電子ビームのプロファイルの測定を行う予定である．フレネルゾーンプレートの位置を精密に調整する装置の設計・構築を行った．
2．放射光X線による実験装置の性能評価： 実際にPXRを利用した実験を行う前に，実験装置の性能評価のため，九州シンクロトロン光研究センターのビームラインBL09Aにおいて，放射光X線を用いてフレネルゾーンプレート等のアライメント技術の習得を行った．
3．PXRによるビームプロファイル測定： ビームタイムの関係で，PXRを用いたビームプロファイルの測定を行うところまではいかなかった．次年度以降，行う予定である．
4．回折遷移放射と回折制動放射の寄与の評価： ブラッグ条件を満たす方向に放出されるX線には，PXRの他に，回折遷移放射と回折制動放射がある．それぞれ，前方に放出された遷移放射と制動放射が，その後，結晶によってブラッグ方向に回折されるものであり，これらの寄与の評価は重要である．海外共同研究者と議論を進めることにより，それらの寄与の定量的評価に成功した．
5．多結晶標的の検討： 単結晶標的だけでなく，多結晶標的の使用の可能性についても検討を行った． 1と2に関しては，順調に進んでいる．3に関しては，やや遅れている．4と5に関しては，当初の計画以上に進展した．総合的に判断して，おおむね順調に進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
1．放射光X線による実験装置の性能評価：
引き続き，九州シンクロトロン光研究センターのビームラインからの放射光X線を利用し，実験装置の性能評価を進める．
2．PXRによるビームプロファイル測定：
実験装置を，九州シンクロトロン光研究センターのリニアック室に設置し，PXRによるビームプロファイルの測定を開始する．リニアックからの255 MeV電子ビームをシリコン結晶に入射させ，PXRを発生させる．結晶は，真空チェンバー内に収納された2軸回転ゴニオメーターに取り付ける．PXRは，32.2度方向に設置されたベリリウム窓を通して大気中へと取り出す．フレネルゾーンプレートを用いて，結晶からのPXRをX線検出器（イメージングプレートを使用予定）上に結像し，ビームのプロファイルを得る．
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| Causes of Carryover |
本研究では，最終的にフレネルゾーンプレートを2枚使用する予定である．まず，すでに所有しているフレネルゾーンプレート1枚のみを用いてPXRを集束する実験を行い，その結果を踏まえて，もう1枚の仕様を決定し購入する予定であった．しかし，ビームタイムの関係で，当該年度にPXRを用いた実験を行うことができなかったため，フレネルゾーンプレートの仕様の決定・購入を次年度に行うこととなった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上述したように，主にフレネルゾーンプレートの購入に充てる予定である．また，フレネルゾーンプレートの精密位置調整機構の製作にも使用する予定である．
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