等時性電子周回リングを用いた超短パルスコヒーレントテラヘルツ光源の開発研究

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20226003
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 濱 広幸 東北大学, 電子光理学研究センター, 教授 (70198795)
• 研究分担者: 河合 正之 東北大学, 電子光理学研究センター, 准教授 (60374899) ; 柏木 茂 東北大学, 電子光理学研究センター, 准教授 (60329133) ; 日出 富士雄 東北大学, 電子光理学研究センター, 助教 (60292207) ; 宮原 房史 東北大学, 電子光理学研究センター, 教育研究支援者 (20532691) ; 田中 均 理化学研究所, XFEL研究開発部門, 部門長 (30393317) ; 高橋 俊晴 京都大学, 原子炉実験所, 准教授 (00273532) ; 鈴木 伸介 高輝度光科学研究センター, 加速器部門, 主幹研究員 (00416380)
• キーワード: テラヘルツ光 / コヒーレント放射 / 時間領域差分法 / 空間電荷効果 / 熱陰極高周波電子銃 / バンチ圧縮 / アルファ磁石 / アイソクロナスリング

研究概要

平成21年度までに高周波電子銃の空洞内の電気接触の不具合を解消できたので、ビーム生成実験を開始した。高周波特性は概ね把握できていたため、空洞内部の電場強度および第1セルと第2セルの間の高周波位相の較正を、年度前期中に精度よく行う事ができた。しかしながら、熱陰極の高周波電子銃特有の問題である逆流電子による陰極の異常加熱現象(back-bombardment effect)が予想以上に強く現れる事が観測された。この電子銃は本来back-bombardment effectが低減されるように設計したものであり、この実験的事実に非常に困惑したが、種々のビーム特性の測定を丁寧に行って、異常加熱現象対策を練ることに方針を転換した。陰極のヒーター電流の損失を測定することで電子の放出量を正確に測定することができ、数値シミュレーションなどによって陰極の異常加熱現象を理解するデータを蓄積する事ができた。
光源リングであるアイソクロナスリングのビーム光学設計を前期で概ね終了した。このリングは4セル・2超周期からなるもので、1/4周でベータトロン振動に依存する行路長偏差をキャンセルできるようにラティス関数を調整したもので、セル中には1つの逆偏向磁石を組み込み、運動量収縮因子をほぼ0に調整できるようになっている。2次の運動量収縮因子はほとんどキャンセルアウトできたが、3次の運動量収縮因子が大きく、これの8極磁石による補正が課題として残った。偏向磁石の設計は比較的スムーズに終え、半周分の電磁石を製作しリング構築に着手できて翌年度の研究活動の方向性を確立できた。

研究成果

• [雑誌論文] Expected Performance of a Planar Undulator Designed for the Terahertz Source Project at Tohoku University (2010)
  • 著者名/発表者名: F.Hinode, M.Kawai, K.Nanbu, F.Miyahara, H.Hama
  • 雑誌名: Nucl.Instr.and Meth. 巻: A637 ページ: 72-75
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intense Coherent THz Generation from Accelerator-Based Sources (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Hama, M.Yasuda, M.Kawai, F.Hinode, K.Nanbu, F.Miyahara
  • 雑誌名: Nucl.Instr.and Meth. 巻: A637 ページ: 57-61
  • 査読あり
• [雑誌論文] Linear Focal Cherenkov Camera for the t-ACTS Injector (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Nanbu, H.Hama, M.Kawai, S.Kashiwagi, F.Hinode, T.Muto, F.Miyahara, Y.Tanaka
  • 雑誌名: Proc.of FEL2010 巻: 1 ページ: 516-518
• [雑誌論文] A Direct Measurement of the Longitudinal Phase Space for a Low Energy Electron Beam Using Energy Dependent Angular Distribution of Cherenkov Radiation (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Nanbu, H.Hama, M.Kawai, S.Kashiwagi, F.Hinode, T.Muto, F.Miyahara, Y.Tanaka
  • 雑誌名: Proc.of IPAC2010 巻: 1 ページ: 1002-1004
• [雑誌論文] Development of a Thermionic RF Gun for Coherent THz Source at Tohoku University (2010)
  • 著者名/発表者名: F.Hinode, H.Hama, S.Kashiwagi, M.Kawai, K.Nanbu, F.Miyahara, T.Muto, H.Oohara, Y.Tanaka
  • 雑誌名: Proc.of IPAC2010 巻: 1 ページ: 1731-1733
• [雑誌論文] Focusing of Ultrashort Electron Bunch for Femtosecond Inverse Compton Scattering X-Ray Source (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Y.Huang, S.S.Yang, W.K.Lau, H.Hama
  • 雑誌名: Proc.of IPAC2010 巻: 1 ページ: 1357-1359
• [雑誌論文] Production of Femtosecond Electron Pulse using Alpha Magnettogether with Off-crest Acceleration for Generation of Coherent THz Radiation (2010)
  • 著者名/発表者名: F.Miyahara, F.Hinode, M.Kawai, T.Muto, K.Nanbu, H.Oohara, Y.Tanaka, H.Hama
  • 雑誌名: Proc.of IPAC2010 巻: 1 ページ: 4509-4511
• [雑誌論文] Space Charge Effect for Rotation of Longitudinal Phase Space in Alpha Magnet (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Hama, N.Y.Huang
  • 雑誌名: Proc.of IPAC2010 巻: 1 ページ: 4683-4685
• [雑誌論文] Cherenkov Ring to Observe Longitudinal Phase Space of a Low Energy Electron Beam Extraded from RF Gun (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Hama, K.Nanbu, M.Kawai, S.Kashiwagi, F.Hinode, T.Muto, F.Miyahara, Y.Tanaka
  • 雑誌名: Proc.of the 14^<th> Beam Instrumentation Workshop 巻: 1 ページ: 79-83
• [雑誌論文] Electron Accelerator Complex at Tohoku University, 42-Year-Operation and Future (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Hama, M.Kawai, F.Hinode, Y.Shibasaki, S.Takahashi, K.Nanbu, I.Nagasawa, T.Muto, M.Hiraga
  • 雑誌名: Proc.of the 14^<th> Beam Instrumentation Workshop 巻: 1 ページ: 79-83
• [学会発表] THz Coherent Synchrotron Radiation Project Employing Isochronous Ring with Femtosecond Electron Pulse at Tohoku University (2010)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Hama
  • 学会等名: China-Korea-Japan Joint Workshop on Electron/Photon Sources and Applications
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 2010-12-02
• [学会発表] Femtosecond beam injector for bunched-FEL at THz region (2010)
  • 著者名/発表者名: F.Miyahara
  • 学会等名: China-Korea-Japan Joint Workshop on Electron/Photon Sources and Applications
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 2010-12-02
• [学会発表] Electron Accelerator Complex at Tohoku University, 42-Year-Operation and Future (2010)
  • 著者名/発表者名: F.Hinode
  • 学会等名: The 7th International Workshop on Accelerator Operations
  • 発表場所: Daejeon, Korea
  • 年月日: 2010-04-15
• [学会発表] Cherenkov Ring to Observe Longitudinal Phase Space of a Low Energy Electron Beam Extracted from RF Gun (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Hama
  • 学会等名: The 14^<th> Beam Instrumentation Workshop
  • 発表場所: Santa Fe, NM, USA
  • 年月日: 2010-03-05