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マルチバンチ・スピン偏極電子源の実用化

研究課題

研究課題/領域番号 10354003
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分展開研究
研究分野 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
研究機関名古屋大学

研究代表者

中西 彊  名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (40022735)

研究分担者 堀中 博道  大阪府立大学, 工学部, 教授 (60137239)
吉岡 正和  高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 教授 (50107463)
小早川 久  名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50022611)
馬場 澄夫  NEC基礎研究所, 研究部長
坂 貴  大同工業大学, 工学部, 教授
加藤 俊宏  大同特殊鋼, 技術開発研究所, 主任研究員
馬場 寿夫  NEC(株), 基礎研究所, 研究部長
研究期間 (年度) 1998 – 2000
研究課題ステータス 完了 (2001年度)
配分額 *注記
33,200千円 (直接経費: 33,200千円)
2000年度: 5,400千円 (直接経費: 5,400千円)
1999年度: 8,800千円 (直接経費: 8,800千円)
1998年度: 19,000千円 (直接経費: 19,000千円)
キーワードスピン / 偏極度 / 偏極電子ビーム源 / 超格子半導体 / レーザー光 / フォトカソード / マルチバンチビーム / リニアコライダー / 偏極電子 / 電子銃 / 暗電流 / NEA / レーザー / 超格子 / 偏極電子源 / 超格子構造半導体 / レーザー励起
研究概要

現在、KEKを中心に準備研究が進行中の電子・陽電子リニアコライダーで使用しうる偏極電子ビーム(1ナノ秒に2×10^<10>個の電子を詰めたバンチを2.8ナノ秒間隔で約100個連ねたマルチバンチビーム)を生成する研究を主に名古屋大学において推進し、以下のような成果を挙げた。
(A)サブナノ秒マルチバンチ偏極電子ビームの生成に成功
GaAsから偏極電子を真空中へ放出させるのに不可欠である負の電子親和性表面にはこの領域に伝導電子が蓄積するとband bendingが減ってしまう光電圧効果が存在する。我々は超格子構造半導体を用いるとこの効果が大幅に緩和されることに着目し、具体的にGaAs-GaAsPならびにInGaAs-AlGaAs超格子フォトカソードを用いて2.8ナノ秒間隔の均等なダブルバンチ(0.6×10^<10>個)が生成できることを世界で最初に実証した。これにより当初の目標であったサブナノ秒マルチバンチビームを生成する課題は完全に達成された。
(B)高電界偏極電子銃の開発を進めるのに成功
今後の課題である低エミッタンス(【less than or equal】10πmm・mrad)のビーム生成には従来より高電界の偏極電子銃の開発が不可欠である。我々はSLACの120kVを遥かに凌駕する200kV電子銃の作製に取り組み、これをほぼ完成することができた。すなわち、電界放出暗電流を1nA以下に抑制する条件を満たしつつ200kVの印加を達成し、原子状水素によりGaAs表面を清浄化する技術開発にも成功して高い量子効率を得ることができた。さらに画期的な試みであるRF-laser gunから偏極電子ビームを生成するため、「二光子励起偏極電子源」のアイデアを提唱した。すでに二光子励起によっても90%の偏極度が得られることを確認できた。

報告書

(4件)
  • 2001 研究成果報告書概要
  • 2000 実績報告書
  • 1999 実績報告書
  • 1998 実績報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (30件)

  • [文献書誌] T.Matsuyama, H.Horinaka, K.Wada, T.Kondo, M.Hangyo, T.Nakanishi, S.Okumi, K.Togawa: "Spin-Dependent Luminescence of Highly Polarized Electrons Generated by Two-Photon Absorption in Semiconductors"Japanese Journal Applied Physics, Part 2. 40・6A. L555-L557 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] C.Suzuki, T.Nakanishi, S.Okumi, T.Gotou, K.Togawa, F.Furuta, K.Wada, T.Nishitani, M.Yamamoto, J.Watanabe, S.Kurahashi, K.Asano, H.Matsumoto, M.Yoshioka, H.Kobayakawa: "Fabrication of Ultra-clean Copper Surface to Minimize Field Emission Dark Currents"Nuclear Instrument & Methods in Physics Research. A462. 337-348 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Nakanishi: "Workshop Report on Spin Polarized Electron Source and Polarimeter"AIP CONFERENCE PROCEEDINGS. 570. 274-285 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Togawa, T.Nakanishi, T.Baba, F.Furuta, H.Horinaka, T.Kato, Y.Kurihara, H.Matsumoto, T.Matsuyama, T.Nishitani, S.Okumi, T.Omori, T.Saka, C.Suzuki, Y.Takeuchi, K.Wada, K.Wada, M.Yamamoto, M.Yoshioka: "Production of polarized electron beam with sub-nanosecond multi-bunch structure from superlattice photocathode"Nuclear Instrument & Methods in Physics Research. A455. 118-122 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Togawa, T.Nakanishi, T.Baba, F.Furuta, H.Horinaka, T.Ida, Y.Kurihara, H.Matsumoto, T.Matsuyama, M.Mizuta, S.Okumi, T.Omori, C.Suzuki, Y.Takeuchi, K.Wada, K.Wada, M.Yoshioka: "Surface Charge Limit in NEA Superlattice Photocathodes of Polarized Electron Source"Nuclear Instrument & Methods in Physics Research. A414. 431-445 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Nakamura, W.v.Drachenfels, D.Durek, F.Frommberger, M.Hoffmann, D.Husmann, B.Kiel, F.Klein, F.J.Klein, D.Menze, T.Michel, T.Nakanishi, J.Naumann, S.Okumi, T.Reichelt, H.Sato, B.Schoch, C.Steier, K.Togawa, T.Toyama, S.Voigt, M.Westermann: "Spin Relaxation of Electrons in Graded Doping Strained GaAs-Layer Photocathode of Polarized Electron Source"Nuclear Instrument & Methods in Physics Research. A411. 93-105 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Matsuyama, H. Horinaka, K. Wada, T. Kondo, M. Hangyo, T. Nakanishi, S. Okumi and K. Togawa: "Spin-Dependent Luminescence of Highly Polarized Electrons Generated by Two-Photon Absorption in Semiconductors"Japanese Journal Applied Physics, Part 2. 40 ・ 6A. L555-L557 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] C. Suzuki, T. Nakanishi, S. Okumi, T. Gotou, K. Togawa, F. Furuta, K. Wada, T. Nishitani, M. Yamamoto, J. Watanabe, S. Kurahashi, K. Asano, H. Matsumoto, M. Yoshioka and H. Kobayakawa: "Fabrication of Ultra-clean Copper Surface to Minimize Field Emission Dark Currents"Nuclear Instrument & Methods in Physics Research. A462. 337-348 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Nakanishi: "Workshop Report on Spin Polarized Electron Source and Polarimeter"AIP CONFERENCE PROCEEDINGS. 570. 274-285 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Togawa, T. Nakanishi, T. Baba, F. Furuta, H. Horinaka, T. Kato, Y. Kurihara, H. Matsumoto.T. Matsuyama, T. Nishitani, S. Okumi, T. Omori, T. Saka, C. Suzuki, Y. Takeuchi, K. Wada, K. Wada, M. Yamamoto and M. Yoshioka: "Production of polarized electron beam with sub-nanosecond multi-bunch structure from superlattice photocathode"Nuclear Instrument & Methods in Physics Research. A455. 118-122 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Togawa, T. Nakanishi, T. Baba, F. Furuta, H. Horinaka, T. Ida, Y. Kurihara, H. Matsumoto, T. Matsuyama, M. Mizuta, S. Okumi, T. Omori, C. Suzuki, Y. Takeuchi, K. Wada, K. Wada and M. Yoshioka: "Surface Charge Limit in NEA Superlattice Photocathodes of Polarized Electron Source"Nuclear Instrument & Methods in Physics Research. A414. 431-445 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Nakamura, W. v. Drachenfels, D. DurekJ5. Frommberger, M. Hoffmann, D. Husmann, B. Kiel, F. Klein, F. J. Klein, D. Menze, T. Michel, T. Nakanishi, J. Naumann, S. Okumi, T. Reichelt, H. Sato, B. Schoch^C. Steier, K. Togawa, T. Toyama, S. Voigt and M. Westermann: "Spin Relaxation of Electrons in Graded Doping Strained GaAs-Layer Photocathode of Polarized Electron Source"Nuclear Instrument & Methods in Physics Research. A411. 93-105 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] C.Suzuki 他14名: "Fabrication of ultra-clean lopper surface to minimize field emission dark currents"Nuclean Instr.and Methods A. (印刷中). (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] T.Nakanishi 他18名: "Polarized electron source for a linear collider in Japan"Nucl.Insfr.and Meth.in Phys.Res.. A455. 109-112 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] K.Togawa 他16名: "Production of Polarized electron beam with subnanosecond multi-bunch structure from superlattice Photocathode"Nucl.Instr.and Meth.in Phys.Res.. A455. 118-122 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] T.Saka 他7名: "Spin-polarized Electron Source with GaAs-GaAsP Superlattices for Surface Analysis"Surface Science. 454-456. 1042-1045 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] T.Nakanishi: "Workshop Report on Spin Polarized Electron Source and Polarimeter"Spin 2000 Proceedings (AIP Conf.Proc). (印刷中). (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] K.Togawa 他23名: "Polarized Electron Source for Japan Linear Collider"Spin 2000 Proceedings (AIP Conf.Proc.). (印刷中). (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] T.Nakanishi 他18名: "Polarized Electron Source for a Linear Collider in Japan"Nuclear Instruments and Methods. (発表予定).

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] K.Togawa 他16名: "Production of Polarized Electron Beam with Sub-nanosecond Multi-bunch Structure from Superlattice Photocathode"Nuclear Istruments and Methods. (発表予定).

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] C.Suzuki 他14名: "Reduction of Field Emission Dark Current from a Clean Copper Surface"Proceedings of 24th Linear Accelerator Meeting. 122-124 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] F.Furuta 他14名: "Feasibility Study of Polarized RF-Gun-Test of Cs_2Te Photocathode"Proceedings of 24th Linear Accelerator Meeting. 173-175 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] K.Togawa and T.Nakanishi: "A Model of Surface Charge Limit Phenomenon in NEA Photocathode"Proceedings of 24th Linear Accelerator Meeting. 179-181 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 中西 彊: "半導体フォトカソードを用いたスピン偏極電子源の開発"Workshop on Beam Physics 1999. 133-162 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] K.Togawa 他16名: "Surface Charge Limit in NEA Super Lattice Photocathodes of Polarized Electron Source" Nuclear Instrument and Method in Physics Research. A414. 431-445 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] S.Nakamura 他21名: "Acceleration of Polarized Electrons in ELSA" Nuclear Instrument and Method in Physics Research. A411. 93-105 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] W.Zhen 他6名: "Spin Dependent Luminescence of GaAS Thin Layer Under Tensile Strain and Compressive Strain Induced by Interface Stress" Japanese Journal of Applied Physics. 37. 854-857 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] W.Zhen 他6名: "Spin Relaxation of Electrons in Graded Doping Strained GaAs-Layer Photocathode of Polarized Electron Source" Japanese Journal of Applied Physics. 38. 41-43 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] T.Nakanishi 他23名: "Highly Polarized Electrons for Linear Colliders" LE 98 Proceedings(St.Petersburg). 118-124 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] J.Schuler 他18名: "Time Resolved Polarization Measurements in the Photoemission of Strained Layer and Strained Layer Superlattice Structure" LE 98 Proceedings(St.Petersburg). 133-136 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書

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公開日: 1998-04-01   更新日: 2016-04-21  

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