実験室的規模ハイブリッドヘリカルマイクロウィグラーFELの研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09650057
• 研究機関: 大阪産業大学
• 研究代表者: 綱脇 恵章 大阪産業大学, 工学部, 教授 (90030056)
• 研究分担者: 大東 延久 関西大学, 工学部, 教授 (20067549) ; 草場 光博 大阪産業大学, 工学部, 講師 (70268283)
• キーワード: free electron laser / wiggler / undulator / field emission

研究概要

自由電子レーザー(FEL)は光速に近い電子ビームを使用することから、大型の加速器を有し、放射線遮蔽された建屋を有する大規模研究機関でのみしか実験できず、FELの普及を妨げる大きな原因の一つとなっている。本研究では通常の分光研究に用いれる程度の、それほど大出力を要しない遠赤外領域FELを念頭において、FELのコンパクト化に向けて、ハイブリッドヘリカルマイクロウィグラーおよび電界放出型電子ビーム源の開発研究を行ってきた。
ウィグラーについては、1周期4極からなる外枠7.5cmと超小型のハイブリッドヘリカルウィグラーを考案し10周期のものを製作した(周期長1cm、ギャップ径5mm)。軸上磁界は3.8kGで、磁極間隙を変化させる機構を取り付けることにより、隣接する磁石の影響を殆ど受けることなく200G調整が可能となった。またピーク磁場の一様性を向上させるために個々の永久磁石特性を測定できる装置を考案製作し、小さい磁石では2%の、大きい方では3%の個体差があることを見いだした。これらのデータをもとに最適組み合わせをシミュレーションでもって決定した。
FEL利得解析の結果、このウィグラーは極短波長SASE FELにも十分利用できることが判った。またロシアの研究者からこれをγ-γコライダーに使用する希望があり、その最適設計を試みた。このように当初遠赤外領域を念頭において研究を進めてきたが、紫外線-γ線の研究者にも大いに興味を引くところとなり、短波長にも使用できるカセット式汎用ウィグラーにすべく開発を進めている。
電界放出型の電子ビーム源はナノチューブを束にして用いることにより、タングステン陰極に比し約100倍大きい2.2mAの、ナノチューブとしては恐らく世界最高値を達成した。またその揺動電流も4%以下と極めて優れたものであった。タングステン陰極についても電解研磨法を工夫することにより、4本までのアレイ化に成功した。
特にウィグラーについて当初計画していた以外の新しい分野への波及効果があり、研究領域が広がったことは喜ばしい。しかしその分電子ビーム伝搬実験が先送りとなっており、一刻も早く実現するよう努力する所存である。

研究成果

• [文献書誌] Y.Tsunawaki,Y.Tokura,M.Kusaba,N.Ohigashi,et al.: "Simulation and Experimental Study on Tungsten Field Emission Cathode"Nucl.Instr.and Meth.. A.429. 299-303 (1999)
• [文献書誌] N.Ohigashi,Y.Tsunawaki,M.Kiyochi,N.Nakao,et al.: "Development of Solenoid-induced Helical Wiggler with Four Poles per Period"Nucl.Instr.and Meth.. A.429. 392-396 (1999)
• [文献書誌] Y.Tsunawaki,N.Ohigashi: "Field Emission from Carbon Nanotubes"Annual Progress Report of ILE,Osaka Univ.1999. (in press). (2000)
• [文献書誌] Y.Tsunawaki,Y.Okuda,N.Ohigashi,M.Kusaba,et al.: "Development of a Hybrid Helical Microwiggler with Four Poles per Period"Proc.21st.Int.Conf.on Free Electron Laser (Humburg,Germany). (in press). (2000)