| 研究課題/領域番号 |
22K12668
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| 研究機関 | 公益財団法人高輝度光科学研究センター |
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研究代表者 |
工藤 統吾 公益財団法人高輝度光科学研究センター, ビームライン技術推進室, 主幹研究員 (40372148)
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| 研究分担者 |
高橋 直 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 光源基盤部門, 兼務職員 (60426525)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | アンジュレータ / ビームモニター / シンクロトロン / 放射光 / ダイヤモンド / 2次元検出器 |
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| 研究実績の概要 |
単結晶ダイヤモンド薄膜を用い、CMOS2次元検出器を用いたピンホール型カメラにより、SPring-8のシンクロトロンアンジュレータ放射光のエネルギー分解可視化に成功した。
これまでに多結晶のダイヤモンド薄膜を用いた同じ構成のビームモニターでのエネルギー分解可視化を試みてきたが、ピンホールカメラ画像に含まれる回折スポットが多量にみられるために正確なビームプロファイルの観測に成功していなかった。今回単結晶を用いると、回折スポットの数が特定の点にまとまることで少なくなった。ピンホールを抜けてくる強力な回折スポットが2次元検出器を損傷することも懸念されたが、事前の計算からその確率は極めて少ないと見積もられた。これにより回折スポットが含まれないクリアなビームプロファイル画像を得ることに成功した。得られた画像につき、Droplet解析を含むエネルギーフォトン計測と積算を行うことで、アンジュレータのビームをエネルギー分解処理することに成功した。本手法は全エネルギーを含む画像をすべて取得したうえで解析することができるので、得たデータのアンジュレータ光中心部のデータからアンジュレータのスペクトルを再現することができた。それによると、2次元検出器のエネルギー分解能の限界により、スペクトルはブロードにはなるが、アンジュレータ光のエネルギー分布を反映する情報が得られた。この情報から、一部のエネルギーを切り出したエネルギー弁別の閾値を設定して計算処理した画像を得たところ、アンジュレータ放射のシミュレーションプログラムSPACTRAで予想された形状と一致するビームプロファイルのエネルギー分解画像を得た。本方法でのビームの可視化は従来行われたことがなく、世界初の測定となった。
この成果につき論文発表を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本研究では、最も問題視されていたダイヤモンド薄膜からの回折スポットの混入をどう防ぐかについての対策が急務であった。そのため、回折スポットが全くでないアモルファスのような材料を選択すべきかとの議論があったが、耐熱やスペックル抑制の観点での研究が進んでいるダイヤを用いることが有利と判断した。そこで単結晶ダイヤモンドの入手性がよくなっている現状から、単結晶の導入を検討しはじめた。単結晶でも当然回折は起きるが、その回折方向が限られているため、多結晶での回折よりは改善がみられると期待した。この選択は成功で、得れらた画像は劇的に改善した。これによってエネルギー分解によるアンジュレータ放射の複雑な形状の計測が初めて可能となった。これらの成果について論文化まで早期につなげたので、本研究は計画以上に進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
アンジュレータ放射をエネルギー分解画像として取得することで、従来シミュレーションプログラムSPACTRAの計算だけで知られていた複雑な放射パタンの形状を、実際の観測データとして得られる見通しがたった。今後の方針として、よりフレームレートとエネルギ＾分解能のよい検出器を用いて、高速にデータを取得することで、リアルタイムのビームモニターとして発展させていく。これによる光軸観測結果を、加速器の電子ビームの挙動と比較することで、加速器診断系の構築にむけて研究をすすめてゆく。将来計画である回折限界リングからのアンジュレータ放射光の診断系として要求されている水準1である10 nradの光軸角度変動の検出の可能性を追求してゆく。
しかしながら、フレームレートと良好なエネルギー分解能を兼ね備える検出器は高価であり、導入には慎重な検討が必要である。そこで、SDD（シリコンドリフト検出器）のスキャンなどの工夫で、まずはアンジュレータの条件設定範囲すべてで、ビーム画像を取得できる条件の基礎的検討を行ってゆく。そのうえで、本手法実現に理想的な２次元検出器の仕様を決定する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
エネルギ分解型の２次元検出器として想定していた理研の検出器CITIUSを導入し、これの導入に必要な物品を調達しようと考えていた。しかし、他のアプリケーションとの兼ね合いで、CITIUSの本アプリケーションへの供給のための台数が足りず、断念した。背景に、半導体不足の影響でCITISUカメラヘッドの製作が遅延していたことがある。そこで、この導入に必要な治具などの周辺部品の調達の金額を次年度使用にまわすこととした。
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