| 研究課題/領域番号 |
23540353
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| 研究機関 | 独立行政法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
西森 信行 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究副主幹 (60354908)
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| 研究期間 (年度) |
2011-04-28 – 2014-03-31
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| キーワード | マイクロバンチ不安定性 / 光陰極DC電子銃 / スミス・パーセル放射 / 遠赤外光 / ERL |
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| 研究概要 |
X線自由電子レーザー（XFEL）研究開発の過程で発見されたマイクロバンチ不安定性について、その由来と増幅メカニズムを明らかにすることが本研究の目的である。XFEL等の最先端加速器で利用される高輝度電子バンチを時間軸に対し圧縮すると、バンチ内のわずかな密度揺らぎ（マイクロバンチ）が空間電荷力で増幅する不安定性により、XFEL発振が妨げられる。本研究課題では、原子力機構で開発を行っている光陰極DC電子銃からの高輝度電子バンチのマイクロバンチ測定を行う。最もゲイン（増幅率）の高いマイクロバンチ波長は数十μmの遠赤外波長であることがXFELの研究から知られている。この波長のマイクロバンチ構造を時間ドメインで測定することは困難であり、周波数ドメインで測定を行う。本年度は、（１）スミス・パーセル放射光計測装置の設計及び製作、（２）光陰極DC電子銃の整備、（３）コンパクトERLを用いたマイクロバンチ不安定性ゲインの直接測定の提案を行った。（１）では、周期長30μm、100周期の回折格子を直線駆動装置に取り付け、KRS5窓から30μm波長程度の遠赤外光を取り出せるスミス・パーセル放射光計測装置の製作を行った。ビーム試験については次年度以降に実施する。（２）は本研究を推進するうえで基盤となる課題であり、別途研究開発を実施している。本年度までに光陰極DC電子銃から430keV電子ビーム生成の見通しを得、ほぼ所定の性能を実現した。（３）は、KEKで開発中のコンパクトERLにおいて、高輝度電子バンチの圧縮前後でのマイクロバンチを周波数ドメインで計測し、マイクロバンチ不安定性のゲインを直接測定する提案である。実際のコンパクトERL加速器システムに基づいて、マイクロバンチ不安定性ゲインを計算する必要がある。これについては、次年度以降に実施する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は、サブピコバンチスペクトル計測装置の開発を行う計画であった。本装置は（１）スミス・パーセル放射光計測装置と（２）レーザー波形整形装置で構成され、別途開発中の（３）500kV光陰極DC電子銃をビーム源とする。（１）では、周期長30μm、100周期の回折格子の購入、ホルダーを製作した。既存の直線駆動装置と真空容器に取り付け、KRS5窓から30μm波長程度の遠赤外光を取り出せるスミス・パーセル放射光計測装置の設計、製作を行った。真空排気用にイオンポンプを購入した。ほぼ計画通りである。（２）レーザー波形整形装置を用いたサブパルス列の生成試験は未実施である。手持ちのフェムト秒チタンサファイアレーザーのレーザーダイオードが故障したため、修理の必要がある。レーザーダイオードは湿気に弱く、修理しても直ぐに故障する可能性があるため、実験の準備が整った後に修理する。レーザー波形整形の経験は有しているので、修理後、支障なく実験を行えるものと考える。（３）は本研究を推進するうえで基盤となる課題であり、別途研究開発を行っている。本年度までに光陰極DC電子銃から430keV電子ビーム生成の見通しを得た。実験計画では500keVを前提としており、速度βが0.97倍になるが、スミス・パーセル光の波長も同様にしか変化しないので、本研究課題の実験遂行には十分な性能を得ている。以上のことから、ほぼ研究実施計画の通り進んでいると考える。さらに、実施計画にはなかったが、マイクロバンチ不安定性ゲインの直接測定を提案した。KEKで開発中のコンパクトERLにおいて、高輝度電子バンチの圧縮前後でのマイクロバンチを周波数ドメインで計測し、マイクロバンチ不安定性のゲインを直接測定する提案である。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、（１）スミス・パーセル放射光計測装置を用いたビーム試験の実施、（２）光陰極DC電子銃の高度化、（３）コンパクトERLにおけるマイクロバンチ不安定性ゲインの計算を行う。（１）スミス・パーセル放射光計測装置をビームラインに接続し、真空試験を行う。故障中のレーザーを修理し、レーザー波形整形装置の整備を行う。電子ビームを放射光計測装置に導き、スミス・パーセル放射光の観測、分光を行い、マイクロバンチ測定を行う。（２）は本研究を推進するうえで基盤となる課題であり、別途研究開発を実施している。引き続き目標とする500keV電子ビーム生成を目指して研究開発を推進する。（３）開発中の500kV光陰極電子銃がインストールされることになるコンパクトERLにおいて、電子銃からの加速器実システムをもとに、マイクロバンチ不安定性ゲインを求める。不安定性の要因は空間電荷力、加速空洞、コヒーレント放射光であることが知られており、これらを実際のパラメーターから計算する。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
フェムト秒チタンサファイアレーザーのレーザーダイオードの復旧作業として1,549千円を予定している。FEL2012への参加発表として93千円を予定している。
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