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論文

Diffraction of $$gamma$$-rays with energies of 1.17 and 1.33 MeV by a flat Si crystal

松葉 俊哉*; 早川 岳人; 静間 俊行; 西森 信行; 永井 良治; 沢村 勝; Angell, C.; 藤原 守; 羽島 良一

Japanese Journal of Applied Physics, 54(5), p.052203_1 - 052203_5, 2015/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:74.64(Physics, Applied)

Diffraction of $$gamma$$-rays by a flat Si crystal has been demonstrated using a high flux $$^{60}$$Co source with an intensity of 2.3 TBq. The diffraction intensities of the $$gamma$$-rays with energies of 1.17 and 1.33 MeV have been measured as a function of the rotation angle of the crystal. Three peaks corresponding to the Si(440) and Si(220) diffractions for 1.17 MeV and the Si(440) diffraction for 1.33 MeV have been measured. The heights and shapes of these three peaks are well reproduced by taking into account Bragg's law and the experimental geometry.

論文

Development of a high-brightness and high-current electron gun for high-flux $$gamma$$-ray generation

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 内山 隆司*; 栗木 雅夫*

Nuclear Physics and $$gamma$$-ray sources for Nuclear Security and Nonproliferation, p.321 - 326, 2014/12

The quantification of fissile materials such as uranium-235 and plutonium-239 in spent fuel assemblies requires isotope-specific identification. We propose the use of nuclear resonance fluorescence (NRF) to identify the isotopic composition of sample materials nondestructively. The proposed nondestructive isotope identification system requires a high-intensity mono-energetic $$gamma$$-ray beam. Although a mono-energetic $$gamma$$-ray beam can be generated using a conventional laser Compton scattering technique, the generation of a high-intensity $$gamma$$-ray beam requires an electron beam of unprecedentedly high brightness, which can be generated with an advanced accelerator system known as the energy recovery linac (ERL). A technological challenge of the ERL system, which we have addressed, is the development of a high-brightness, high-current electron gun. Our current status of development and operational experience of our gun is presented.

論文

大電流電子源のための光陰極準備システムの開発

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 沢村 勝; 羽島 良一

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1031 - 1033, 2014/10

高輝度大電流光陰極電子源が注目を集めている。メガヘルツ繰り返しのX線自由電子レーザー(LCLS-II)、リソグラフィ用自由電子レーザー、核種分析用のコンプトン散乱$$gamma$$線源等、応用範囲が急速に広がりつつある。我々は光陰極直流電子源から世界初の500keV電子ビーム生成を達成することで高輝度化の目処を立てた。ガリウムヒ素光陰極を用いて1.8mAの 電流生成を達成しているが、さらなる大電流化や長寿命化の観点からは 光陰極表面の繊細さが不安視されている。そこで、我々は大電流化を目指しマルチアルカリ光陰極の開発に着手した。近年のコーネル大学などのデモンストレーションにより、大電流化の切り札として期待されている。本発表では、原子力機構における光陰極準備システムの開発状況、既存の50mA-250kV電子源と組み合わせた大電流試験計画について報告する。

論文

光陰極直流電子銃から500keV-mA電子ビームの生成

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 宮島 司*; 本田 洋介*; 内山 隆司*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; et al.

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.174 - 178, 2014/06

次世代ERL放射光源の電子源に対する要求は、エミッタンス0.1$$sim$$1mm-mrad電流10$$sim$$100mAの電子ビーム生成である。この低エミッタンスビーム生成には、空間電荷力抑制のため、電子銃の出射ビームエネルギー500keV以上が要求される。500kV光陰極DC電子銃が提案されて20年、運転電圧は放電問題のため350kVに留まってきた。われわれは、高電圧化を目標に掲げて電子銃開発に取り組んだ。まずガードリング付き分割型セラミック管を採用し、サポートロッドからの電界放出電子に起因する放電問題を解決した。次に、電子銃真空容器と陰極間の放電により、容器面上の残留微細粉塵が帯電し、陰極に付着した後に暗電流源となる現象が問題となった。これを解決するため、陰極-陽極のギャップ間隔を最適化し、特に真空容器表面の電界を下げる改造を行った。これにより電子ビーム生成条件下での550kV印加に初めて成功した。500keV電子ビーム生成試験を行った。波長530nmDCレーザー光をGaAs光陰極に照射し電子ビームを生成した。レーザー径0.1mm$$sigma$$、パワー1.5W、GaAs量子効率0.28%で最大1.8mAのビーム生成に成功した。

論文

Application of laser Compton scattered $$gamma$$-ray beams to nondestructive detection and assay of nuclear material

羽島 良一; 早川 岳人; 静間 俊行; Angell, C.; 永井 良治; 西森 信行; 沢村 勝; 松葉 俊哉; 小菅 淳*; 森 道昭; et al.

European Physical Journal; Special Topics, 223(6), p.1229 - 1236, 2014/05

 被引用回数:9 パーセンタイル:55.89(Physics, Multidisciplinary)

Generation of energy-tunable $$gamma$$-rays via laser Compton scattering is of great interest for applications of MeV photons -which interact with nuclei- and scientific studies. One of the promising applications of such energy-tunable $$gamma$$-rays is the nondestructive detection and assay of nuclides, which are necessary for nuclear security and safeguards. We are developing technologies relevant to $$gamma$$-ray nondestructive detection and assay, which include a high-brightness $$gamma$$-ray source based on modern laser and accelerator technologies, and $$gamma$$-ray measurement methods optimized for highly radioactive samples.

論文

Experimental investigation of an optimum configuration for a high-voltage photoemission gun for operation at $$geq$$ 500 kV

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 17(5), p.053401_1 - 053401_17, 2014/05

 被引用回数:12 パーセンタイル:23.42(Physics, Nuclear)

We have demonstrated generation of a 500-keV electron beam from a high DC voltage photoemission gun for an energy recovery linac light source. This demonstration was achieved by addressing two discharge problems that lead to vacuum breakdown of the DC gun. One is field emission generated from a central stem electrode. The other is microdischarge at an anode electrode or a vacuum chamber, which is triggered by microparticle transfer or field emission from a cathode electrode. An experimental investigation has revealed that larger acceleration gap optimized to mainly reduce surface electric field of anode electrode results in suppression of the microdischarge events which accompany gas desorption. It has also been found that non evaporable getter pumps placed around the acceleration gap greatly help suppress those microdischarge events. The applied voltage as a function of the total gas desorption is shown to be a good measure to find the optimum DC gun configuration.

論文

Progress in a photocathode DC gun at the compact ERL

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*

Proceedings of 35th International Free-Electron Laser Conference (FEL 2013) (Internet), p.184 - 188, 2013/08

Photocathode DC gun to produce a train of electron bunch at high-average current and small emittance is a key component of advanced accelerators for high-power beams. However, DC guns operated at a voltage above 350 kV have suffered from field emitted electrons from a support rod since the development of Lasertron in 1980's. This critical issue has been resolved by a novel configuration, segmented insulator and guard rings, adopted in a DC gun at JAEA and stable application of high voltage at 550 kV has been demonstrated. The gun has been installed at the Compact ERL at KEK and ready for the beam generation. Similar type of DC guns are under development at KEK, Cornell, JLAB and IHEP. In this talk, we present progress in photocathode DC gun for high voltage and small emittance.

論文

JAEAにおける500-kV光陰極DC電子銃の開発

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 宮島 司*; 本田 洋介*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*; et al.

Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.255 - 259, 2013/08

次世代ERL放射光源の電子源に対する要求は、エミッタンス0.1$$sim$$1mm-mrad電流10$$sim$$100mAの高輝度大電流電子ビームの生成である。このような低エミッタンスビームを生成するには、空間電荷力抑制のため、電子銃の出射ビームエネルギー500keV以上が要求される。われわれは平成20年度より500kV光陰極DC電子銃の開発に着手し、世界に先駆けて550kVのDC印加と500kVでの8時間連続高電圧印加に成功した。この後、ビーム生成のためにカソード・アノード電極と非蒸発型ゲッターポンプを電子銃真空容器にインストールし、526kVの高電圧印加に成功した。当面の課題は電子ビーム生成条件下での550kV印加であるが、高電圧印加試験中にカソード電極から暗電流が突然発生するという新しい問題に直面している。この原因を、電子銃真空容器内の微細粉塵が、高電圧印加試験中の放電で帯電してカソード電極に付着し暗電流が発生すると推定した。電子銃真空容器内面の低電界化により暗電流問題の解決を図るべく、電極の改造に着手している。平成24年度10月には高エネルギー加速器研究機構で建設中のコンパクトERLに本電子銃を移設する予定であり、400keV以上でのビーム生成と大電流試験にも取り組みつつある。

論文

フェムト秒X線放射光源のための光陰極直流電子源の開発

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一

O plus E, 35(7), p.795 - 800, 2013/07

フェムト秒X線光源を用いた回折や散乱実験により、フェムト秒時間スケールでの物質の構造解析の実現が期待される。光合成の初期においてフェムト秒時間スケールで起こる、水の酸化反応中の触媒の役割を解明できれば、人工光合成技術の発展さらには持続可能社会の実現へ向けた取り組みに貢献できる。このようなフェムト秒X線光源を実現するために開発されているのが、エネルギー回収型加速器である。原子力機構では、その主要要素技術の一つである光陰極直流電子銃の開発に取り組んでいる。本稿では、開発において最も困難な課題であった高電圧印加技術の詳細、世界初となる500keV電子ビーム生成実験について報告する。なお、原子力機構ではエネルギー回収型加速器を用いた大強度$$gamma$$線源の開発、それを用いた使用済み核燃料の非破壊分析技術の開発に取り組んでいる。

論文

Generation of a 500-keV electron beam from a high voltage photoemission gun

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 宮島 司*; 本田 洋介*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*

Applied Physics Letters, 102(23), p.234103_1 - 234103_4, 2013/06

 被引用回数:12 パーセンタイル:41.64(Physics, Applied)

High-brightness and high-current electron guns for the future light sources such as energy recovery linac light sources and high repetition rate X-ray free electron lasers require exit beam energy of 500 keV or more to reduce space charge induced emittance growth in a drift space from the gun exit to the following superconducting accelerator entrance. At Japan Atomic Energy Agency, we have developed a DC photoemission gun employing a segmented insulator to mitigate the field emission problem, that is a major obstacle for the DC gun from being operated at 500 kV or more. Recent results of generating 500 keV electron beam with current up to 1.8 mA is presented.

論文

Beam generation from a 500 kV DC photoemission electron gun

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*

Proceedings of 4th International Particle Accelerator Conference (IPAC '13) (Internet), p.321 - 323, 2013/05

The next generation light sources such as energy recovery linac (ERL) light sources and X-ray FEL oscillator requires high brightness electron gun with megahertz repetition rate. We have developed a DC photoemission electron gun at JAEA for the Japanese ERL light source project. This DC gun employs a segmented insulator with guard rings to protect the insulator from field emission generated from central stem electrode. We have successfully applied 500 kV on the ceramics with a cathode electrode in place and generated beam from the 500 kV DC photoemission gun in October 2012. Details of the beam generation test at 440 kV as well as 500 kV are presented.

論文

Development of a photoemission DC Gun at JAEA

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*; et al.

Proceedings of 34th International Free Electron Laser Conference (FEL 2012) (Internet), p.161 - 164, 2012/08

The next generation light source such as X-ray FEL oscillator requires high brightness electron gun with megahertz repetition rate. We have developed a photoemission DC gun at JAEA. By employing a segmented insulator with rings which guard the ceramics from field emission, we successfully applied 500-kV on the ceramics with a center stem electrode for eight hours without any discharge in 2009. This high voltage testing was performed with a simple configuration without NEG pumps and electrodes. In 2011 we reached 526-kV with NEG pumps and electrodes, before suffering another field emission problem from the cathode electrode. The problem may be attributed to small dust inside our gun chamber. We found wiping the cathode electrode with a lint free tissue could remove the field emission site effectively. Noble gas conditioning is also planned to remove the emission site without air exposure of the gun chamber.

論文

500-kV光陰極電子源に関する真空特性の評価

山本 将博*; 内山 隆司*; 宮島 司*; 本田 洋介*; 佐藤 康太郎*; 松葉 俊哉*; 斉藤 義男*; 小林 正則*; 栗巣 普揮*; 羽島 良一; et al.

Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.717 - 720, 2010/08

われわれは、高エネルギー加速器研究機構,原子力機構,広島大学,名古屋大学,山口大学の共同研究で超低エミッタンス,大電流ビームを供給できる500-kV光陰極DC電子銃を開発している。そのために、この電子銃のチャンバは極高真空に保たれる必要があるので、チタン製のチャンバと新しいセラミック材料を採用している。この真空チャンバのガス放出速度計測結果について報告する。

論文

Recent progress in the energy recovery linac project in Japan

坂中 章悟*; 明本 光生*; 青戸 智浩*; 荒川 大*; 浅岡 聖二*; 榎本 収志*; 福田 茂樹*; 古川 和朗*; 古屋 貴章*; 芳賀 開一*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2338 - 2340, 2010/05

日本においてERL型放射光源を共同研究チームで提案している。電子銃,超伝導加速空洞などの要素技術開発を進めている。また、ERL技術の実証のためのコンパクトERLの建設も進めている。これら日本におけるERL技術開発の現状について報告する。

論文

KEKにおけるERL放射光源用500kV電子銃の開発計画

山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 内山 隆司*; 小林 正則*; 武藤 俊哉*; 松葉 俊哉*; 坂中 章悟*; 佐藤 康太郎*; 斉藤 義男*; et al.

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.860 - 862, 2009/08

ERL実証機となるコンパクトERL(cERL)の建設準備がKEK東カウンターホールにて進められている。cERL早期運転実現のため、開発要素の多い電子銃部については実機開発の他、バックアップ及びR&D機として原子力機構及び高エネルギー加速器研究機構それぞれにおいて同時に開発を進めることとなった。現在原子力機構で先行して立上げが行われている1号機に対し、今後高エネルギー加速器研究機構にて立上げる2号機では、1号機との互換性を持たせつつも、(1)透過型光陰極の採用,(2)光陰極複数同時活性化及びその保存機能を持つ準備システムの開発,(3)電子銃の極高真空化のための真空系及び600kV絶縁セラミック管の開発・改良に力点を置き、現在設計を進めている。

口頭

エネルギー回収型リニアックのための500kV光陰極DC電子銃の開発; 500kVビーム試験とコンパクトERLへの移設

羽島 良一; 西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 山本 将博*; 宮島 司*; 本田 洋介*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*; et al.

no journal, , 

エネルギー回収型リニアック(ERL)は、大電流かつ低エミッタンスの電子ビームを加速できることから、次世代光源(X線放射光,レーザー・コンプトン$$gamma$$線)への利用が期待されている。われわれは、ERLのための500kV光陰極DC電子銃の開発を行い、分割型セラミック管、完全遮蔽ガードリングの考案、真空容器内にダストを持ち込まないノウハウ、GaAs光陰極の量子効率向上のための表面洗浄など一連の技術を確立し、550kVまでの高電圧コンディショニング、500kVでの電子ビーム発生に成功した。開発した電子銃は、高エネルギー加速器研究機構つくばキャンパスで建設中のコンパクトERLに移設を終え、現在は、据え付け調整と再立ち上げの作業中である。講演では、これら実験の進捗状況と今後の展望について報告する。

口頭

次世代ERL光源のための500kV光陰極電子銃ビーム生成

西森 信行; 永井 良治; 羽島 良一; 松葉 俊哉; 山本 将博*; 宮島 司*; 本田 洋介*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*; et al.

no journal, , 

エネルギー回収型リニアック(ERL: Energy Recovery Linac)次世代放射光源のために、500kV光陰極電子銃の開発を行っている。平成23年度までに光陰極の調製や極高真空という技術課題を克服してきたが、最も困難を極めたのは安定に500kV印加を実現する技術の確立であった。われわれは、電界放出電子からセラミックを守るための分割型セラミック加速管技術、電子銃容器内の陽極・陰極の電界分布の最適化技術、チタン製電子銃容器内の粉塵の除去技術を確立し、2012年10月に550kVまでのコンディショニングに初めて成功した。次に、GaAs光陰極にレーザーを照射して電子銃から500keV電子ビームを生成し、ビームダンプで1.8mAまでの電流を測定した。実験では、高電圧電源の不具合により、1.8mA以上の電流生成には至らなかったが、500keVビーム生成のデモンストレーションに初めて成功した。原子力機構でのビーム生成試験、及び高エネルギー加速器研究機構コンパクトERLへの電子銃移設作業の現状を報告する。

口頭

DC photoemission gun development for the compact ERL

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*

no journal, , 

The next generation ERL light sources require a high brightness and high current electron gun. We have developed a DC photoemission electron gun for the Japanese ERL light source project. This DC gun employs a segmented insulator with guard rings to protect the insulator from field emission generated from central stem electrode. We have successfully applied 500 kV on the ceramics with a cathode electrode in place and generated beam from the 500 kV gun at Japan Atomic Energy Agency (JAEA) in October 2012. The gun was transferred to the compact ERL (cERL) at KEK for commissioning of the cERL injector. Details of the 500 keV beam generation at JAEA as well as beam operational experience at the cERL will be presented.

口頭

Si結晶を用いたCo-60$$gamma$$線の回折実験

松葉 俊哉; Angell, C.; 静間 俊行; 早川 岳人; 羽島 良一

no journal, , 

レーザーコンプトン散乱(LCS)を用いた$$gamma$$線源は、エネルギー可変,準単色といった特徴を持ち非破壊の核種分析装置に利用できる。我々はエネルギー回収型リニアック(ERL)とレーザーによる次世代の$$gamma$$線源の開発を進めており、そのための$$gamma$$線光学素子が望まれている。そこで、シリコン結晶による回折を利用した分光器のLCS$$gamma$$線への最適化を目指して、原子力機構放射線標準施設でCo-60$$gamma$$線源を用いた実験を行っている。その結果を報告する。

口頭

光陰極電子銃を用いたスミスパーセル放射光実験

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一

no journal, , 

原子力機構では光陰極電子銃を用いたスミスパーセル放射光実験の準備を進めている。当初使用を予定していた500kV電子銃はコンパクトエネルギー回収リニアック(cERL)に移設され、コミッショニングに利用されている。そこで、運転を休止していた原子力機構250kV-50mA光陰極電子銃の再立ち上げを行い、マイクロバンチ不安定性の研究を目的としたプリバンチスミスパーセル実験、テラヘルツ光源を目的としたスミスパーセルFEL実験の準備を行っている。図に実験セットアップを示す。現状を報告する。

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