Polarized x-ray generation based on self-seeding inverse Compton scattering

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25286084
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 柏木 茂 東北大学, 電子光理学研究センター, 准教授 (60329133)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 加藤 龍好 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 教授 (20273708) ; 土屋 公央 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 准教授 (40236906) ; 日出 富士雄 東北大学, 電子光理学研究センター, 准教授 (60292207)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: テラヘルツ光 / 極短電子ビーム / コヒーレント放射 / 逆コンプトン散乱

Outline of Annual Research Achievements

進行波加速管中での速度集群法によりフェムト秒時間幅の極短電子ビームを発生と、その極短電子バンチを用いた高輝度コヒーレントTHz光発生は、本研究課題において最も重要な研究要素である。平成28年度は、永久磁石で構成されるアンジュレータに極短電子ビームを入射しテラヘルツ領域の狭帯域コヒーレント放射発生実験を実施した。
電子ビームエネルギー：約31MeV、アンジュレータのピーク磁場強度：0.38T（K値：3.83）の条件で波長104μm（2.88THz）のコヒーレントアンジュレータ放射発生に成功した。コヒーレントアンジュレータ放射の波長スペクトル計測はマイケルソン干渉計を用いて行い、アンジュレータ周期数（25周期）の2倍のサイクル数に相当する50サイクルの干渉パターンが計測された。この50サイクルの干渉パターンは、アンジュレータ放射がコヒーレント放射であることを示している。また、アンジュレータギャップを変え磁場強度（K値）を変化させた測定において、アンジュレータ放射の波長が理論どおり変化することを確認した。K値の変化にともなうアンジュレータ放射の強度変化は、共鳴波長が短くなるにつれて減少し、電子ビームのバンチ形状因子の変化と同じ傾向を示した。この事もアンジュレータ放射がコヒーレント放射であることを明示している。ワイヤーグリッドを使った空間分布測定により、アンジュレータ放射の偏光特性測定も行なった。
本研究では、コヒーレントアンジュレータ放射と極短電子ビームを逆コンプトン散乱させ軟X線を発生するまでには至らなかったが、本研究において最も重要かつ困難だと考えられていたコヒーレント放射発生に成功したことは大きな成果であり、本研究の最終目的である偏極X線発生に見通しをつけたと言える。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Proof-of-Principle Experiment of Velocity Bunching for Ultra-Short Electron Pulse Production (2016)
  • Author(s): S. Kashiwagi, S. Nagasawa, F. Hinode, T. Muto, H. Saito, T. Abe, K. Nanbu, I. Nagasawa, K. Takahashi, C. Tokoku, E. Kobayashi and H. Hama
  • Journal Title: Energy Procedia Volume: 89 Pages: 346-352
  • DOI: 10.1016/j.egypro.2016.05.045
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 極短電子ビームからのコヒーレントTHzアンジュレータ放射の観測 (2017)
  • Author(s): 柏木茂, 阿部太郎, 鹿又健, 齊藤寛峻, 齊藤悠樹, 高橋健, 長澤育郎, 南部健一, 西森信行, 日出富士雄, 三浦禎雄, 武藤俊哉, 濱広幸
  • Organizer: 日本物理学会 第72回年次大会（2017年）
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス（大阪）
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] 極短電子ビームによるコヒーレントTHz アンジュレータ放射発生 (2017)
  • Author(s): 柏木茂, 阿部太郎, 鹿又健, 齊藤寛峻, 齊藤悠樹, 高橋健, 長澤育郎, 南部健一, 西森信行, 日出富士雄, 三浦禎雄, 武藤俊哉, 濱広幸
  • Organizer: 第23回FELとHigh-Power Radiation 研究会・ 第14回高輝度・高周波電子銃研究会
  • Place of Presentation: 東北大学電子光理学研究センター（仙台）
  • Year and Date: 2017-02-23
• [Presentation] Observation of coherent transition radiation from extremely short electron beam (2016)
  • Author(s): T. Abe, S. Kashiwagi, F. Hinode, K. Kanomata, T. Muto, K. Nanbu, I. Nagasawa, H. Saito, Y. Saito, K. Takahashi and H. Hama
  • Organizer: Workshop on THz FEL
  • Place of Presentation: National Synchrotron Radiation Laboratory, Hefei, China
  • Year and Date: 2016-12-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Status of test-Accelerator as Coherent THz Source (t-ACTS) at ELPH, Tohoku University (2016)
  • Author(s): S. Kashiwagi, T. Abe, F. Hinode, K. Kanomata, T. Muto, K. Nanbu, I. Nagasawa, H. Saito, Y. Saito, K. Takahashi and H. Hama
  • Organizer: Workshop on THz FEL
  • Place of Presentation: National Synchrotron Radiation Laboratory, Hefei, China
  • Year and Date: 2016-12-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] GENERATION OF COHERENT UNDULATOR RADIATION AT ELPH, TOHOKU UNIVERSITY (2016)
  • Author(s): S. Kashiwagi, T. Abe, F. H. Hama, Hinode, T. Muto, K. Nanbu, I. Nagasawa, H. Saito, Y. Saito, Y. Shibasaki, K. Takahashi
  • Organizer: 28th Linear Accelerator Conference, LINAC 16
  • Place of Presentation: East Lansing, MI USA
  • Year and Date: 2016-09-26
• [Presentation] PRODUCTION OF ULTRA-SHORT ELECTRON PULSE AND OBSERVATION OF COHERENT TRANSITION RADIATION AT T-ACTS, TOHOKU UNIVERSITY (2016)
  • Author(s): Taro Abe, Shigeru Kashiwagi, Fujio Hinode, Toshiya Muto, Yoshinobu Shibasaki, Kenichi Nanbu, Ikuro Nagasawa, Ken Takahashi, Hirotoshi Saito, Hiroyuki Hama
  • Organizer: 第13回日本加速器学会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場（千葉）
  • Year and Date: 2016-08-08
• [Presentation] Ultra-short bunch length measurement via observation of OTR using a streak camera (II) (2016)
  • Author(s): Hirotoshi Saito, Shigeru Kashiwagi, Fujio Hinode, Toshiya Muto, Kenichi Nanbu, Taro Abe, Yoshinobu Shibasaki, Ken Takahashi, Ikuro Nagasawa, ○Hiroyuki Hama
  • Organizer: 第13回日本加速器学会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場（千葉）
  • Year and Date: 2016-08-08
• [Presentation] PRODUCTION OF ULTRA-SHORT ELECTRON PULSE AND OBSERVATION OF COHERENT TRANSITION RADIATION AT T-ACTS, TOHOKU UNIVERSITY (2016)
  • Author(s): T. Abe, S. Kashiwagi, F. Hinode, T. Muto, K. Nanbu, K. Takahashi, I. Nagasawa, H. Saito, Y. Shibasaki, C. Tokoku and H. Hama
  • Organizer: The 7th International Particle Accelerator Conference, IPAC16
  • Place of Presentation: BEXCO, Busan Korea
  • Year and Date: 2016-05-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] GENERATION OF COHERENT UNDULATOR RADIATION USING EXTREMELY SHORT ELECTRON BUNCH AT t-ACTS, TOHOKU UNIVERSITY (2016)
  • Author(s): S. Kashiwagi, T. Abe, F. Hinode, T. Muto, K. Nanbu, K. Takahashi, I. Nagasawa, H. Saito, Y. Shibasaki, C. Tokoku and H. Hama
  • Organizer: The 7th International Particle Accelerator Conference, IPAC16
  • Place of Presentation: BEXCO, Busan Korea
  • Year and Date: 2016-05-10
  • Int'l Joint Research