超高輝度・超短パルス次世代X線放射光源のための電子ビーム動力学と不安定現象の研究

2004 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15360507
• 研究機関: 特殊法人日本原子力研究所
• 研究代表者: 羽島 良一 日本原子力研究所, 関西研究所光量子科学研究センター, 主任研究員 (30218432)
• 研究分担者: 沢村 勝 日本原子力研究所, 関西研究所光量子科学研究センター, 副主任研究員 (30354905) ; 永井 良治 日本原子力研究所, 関西研究所光量子科学研究センター, 副主任研究員 (40354906) ; 菊澤 信宏 日本原子力研究所, 関西研究所光量子科学研究センター, 研究員 (50354907) ; 西森 信行 日本原子力研究所, 関西研究所光量子科学研究センター, 研究員 (60354908) ; 西谷 智博 日本原子力研究所, 関西研究所光量子科学研究センター, 博士研究員 (40391320)
• キーワード: エネルギー回収型リニアック / 次世代X線放射光源 / 超伝導加速器 / 電子ビームエミッタンス / コヒーレント放射 / ビーム不安定現象 / 自由電子レーザー / フェムト秒パルス

研究概要

超高輝度、超短パルスX線の生成が可能な次世代放射光源として期待されている「エネルギー回収型リニアック(Energy-Recovery Linac; ERL)において、その光源性能の上限を決める要因と考えられているビーム物理に注目し研究を進めている。3ヵ年の研究計画の2年目にあたる平成16年度は、以下を実施した。
1、昨年度成果の一部である、ビーム輸送行列を用いたコヒーレント放射効果の解析手法を拡張し、ERL合流部(低エネルギー電子と高エネルギー電子を同一軌道に導く装置)における空間電荷効果による低エネルギー電子のエミッタンス増大(ビーム質の劣化)の解析を行った。粒子追跡コードの結果と比較することで、本手法の妥当性を確認した。さらに、本手法をERL入射器の最適化に援用し、有効性を確認した。
2、電子の集団効果(コヒーレント放射、および、空間電荷効果)によるERL周回電子ビームのエミッタンス増大を実験的に研究するために、原研ERL装置を用いた実験を計画し、必要な装置の製作を行った。具体的には、微細なパターンを施したタングステン薄板(ビームマスク)であり、これを通過した電子ビームを周回軌道の下流で観察することで、電子の集団効果を評価することができる。実験は17年度に行う予定である。
3、昨年度予算で製作したビーム位置モニターと超伝導空洞のHOMカップラーを併用して、電子ビームを用いた空洞のアラインメントを試みた。予備実験の結果、ビーム位置モニターとHOMカップラーの信号に相関性が認められた。さらに詳細な実験は17年度に実施する。
4、ERL型次世代X線放射光源において、フェムト秒の時間波形を持った超短パルスX線を発生する方法として、従来提案されてきた方式(磁気圧縮)とは異なる速度集群方式を提案した。これにより5倍以上の輝度向上が可能であることが数値解析から明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Emittance compensation in a return arc of an energy-recovery linac (2004)
  • 著者名/発表者名: R.Hajima
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 528 ページ: 335-339