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論文

Development of an electron gun for the ERL light source in Japan

西森 信行; 羽島 良一; 飯島 北斗; 永井 良治; 西谷 智博*

Proceedings of 41st Advanced ICFA Beam Dynamics Workshop on Energy Recovery Linacs (ERL '07) (CD-ROM), p.11 - 14, 2007/05

JAEA, KEK, ISSPが共同で立ち上げた次世代エネルギー回収リニアック型放射光源計画のための電子銃を当研究グループで開発している。電子バンチはNEA光陰極にレーザーを照射して生成し、DC高電圧で250keVまで加速する。われわれは高電圧テストを終え、光陰極の活性化用の真空容器の組み立てを行っている。高い電子変換効率を持ち、長寿命である光陰極材質の研究も併せて行っており、通常使われているバルクGaAsよりも、バルクAlGaAsが2倍高い変換効率を持ち、10倍以上長寿命であることを確認した。これらの開発成果について発表する。

論文

FEL oscillation with a high extraction efficiency at JAEA ERL FEL

西森 信行; 羽島 良一; 飯島 北斗; 菊澤 信宏; 峰原 英介; 永井 良治; 西谷 智博; 沢村 勝

Proceedings of 28th International Free Electron Laser Conference (FEL 2006) (CD-ROM), p.265 - 272, 2006/08

エネルギー回収リニアックを用いたオシレーター型自由電子レーザー(FEL)が直面している技術的なチャレンジの一つに、FELの変換効率をできるだけ高くするという目標がある。高い変換効率を持つFELの実現が、高出力FEL達成に必要なトータル電流を減らすことやFELミクロパルスの幅を狭くすること(さまざまな応用研究にとって重要)につながる。JAEA ERL FELではエネルギーアクセプタンス7%のエネルギー回収ループが用いられていたが、最近電子バンチの繰り返し周波数を2倍に増やすことで、FELの発振効率2%以上を達成し、それに伴い現状のエネルギーアクセプタンスを超えるエネルギー幅を持つ電子ビームをエネルギー回収ループに通す必要が出てきた。講演では、JAEA ERL FELで達成された高効率FEL発振について開発の現状をまとめる。

論文

Beam current doubling of JAEA ERL-FEL

永井 良治; 羽島 良一; 飯島 北斗; 菊澤 信宏; 峰原 英介; 西森 信行; 西谷 智博; 沢村 勝

Proceedings of 28th International Free Electron Laser Conference (FEL 2006) (CD-ROM), p.312 - 315, 2006/08

原子力機構では高出力自由電子レーザー(FEL)のためのエネルギー回収型リニアック(ERL)の開発を行っている。ERLの最大の利点は加速器の高周波源の容量を超えるビーム電流を加速できることにある。ミクロパルス繰返しを二倍にし、加速電流を二倍にするために、電子銃,入射器の高周波源,ローレベル高周波制御装置,加速器制御システムの改良を行ってきた。この結果、高周波源の容量を超える電流である10mAの加速に成功しFEL出力としては0.7kWを得ることができた。

論文

Performance of a conventional analog $$Phi$$-A type low-level RF controller

永井 良治; 羽島 良一; 飯島 北斗; 菊澤 信宏; 峰原 英介; 西森 信行; 西谷 智博; 沢村 勝

Proceedings of 28th International Free Electron Laser Conference (FEL 2006) (CD-ROM), p.316 - 318, 2006/08

原子力機構ではエネルギー回収型リニアック(ERL)をベースとした自由電子レーザー(FEL)や次世代放射光源の開発を行っている。これら実現のためには加速電場の非常に高い安定性が求められており、ローレベルRF制御装置の改良を行ってきた。このローレベルRF制御装置の評価のために、位相安定度の計測を行った。その結果、さまざまな負荷に対して0.01deg-rms程度の安定度を実現できていることがわかった。

論文

JAEA photocathode DC-gun for an ERL injector

西谷 智博; 羽島 良一; 飯島 北斗; 永井 良治; 沢村 勝; 菊澤 信宏; 西森 信行; 峰原 英介; 田渕 雅夫*; 則竹 陽介*; et al.

Proceedings of 28th International Free Electron Laser Conference (FEL 2006) (CD-ROM), p.319 - 322, 2006/08

ERL放射光源には、大電流,極小エミッタンスの電子ビームが要求される。この要求性能を満たす電子銃の実現のために、われわれは光陰極直流型電子銃及び新型光陰極デバイスの開発に着手した。この電子銃は、極高真空のNEA表面作成チャンバーと250keV加速チャンバーから構成される。NEA表面を保持するために極高真空は不可欠であるため、この電子銃の各チャンバー間の光陰極結晶搬送には、ロードロックシステムを採用している。これまでに250keV加速チャンバーと250kV高圧印加タンクを作成し、高圧印加試験に成功している。さらにわれわれは、光陰極そのものの開発として、新型超格子光陰極の提案もまた行ってきた。この新型光陰極の開発は、これまでにMBE結晶作成装置を用いてサンプル作成を行った。このサンプルを用いた性能評価試験において、従来技術を二倍越える高い量子効率とNEA表面寿命性能の大幅な向上を達成した。

論文

Photocathodes for the energy recovery linacs

Rao, T.*; Burrill, A.*; Chang, X. Y.*; Smedley, J.*; 西谷 智博; Hernandez Garcia, C.*; Poelker, M.*; Seddon, E.*; Hannon, F. E.*; Sinclair, C. K.*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 557(1), p.124 - 130, 2006/02

 被引用回数:49 パーセンタイル:3.37(Instruments & Instrumentation)

近年、次期光源や高エネルギー核物理学に用いるエネルギー回収型線形加速器(ERL)の利用が注目を浴びている。ERLが要求する電子源性能は、電流値,電流密度,繰り返し,温度や加速勾配など広範囲に渡る。これらの性能を実現する電子源として、光陰極電子源が重要な役割を果たすと考えられている。本論文では、ERLを実現しうる二次電子放出型,セシウム付加ディスペンサー型,フィールドエミッタ型や超格子半導体の光陰極電子源について概論を提供する。

論文

JAEA ERL-FELにおけるミクロパルス繰返しの二倍化

永井 良治; 羽島 良一; 西森 信行; 沢村 勝; 菊澤 信宏; 飯島 北斗; 西谷 智博; 峰原 英介

Proceedings of 3rd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 31st Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.514 - 516, 2006/00

原子力機構では高出力自由電子レーザー(FEL)のためのエネルギー回収型リニアック(ERL)の開発を行っている。ERLの最大の利点は加速器の高周波源の容量を超えるビーム電流を加速できることにある。ミクロパルス繰返しを二倍にし、加速電流を二倍にするために、電子銃,入射器の高周波源,ローレベル高周波制御装置,加速器制御システムの改良を行ってきた。この結果、高周波源の容量を超える電流である10mAの加速に成功しFEL出力としては0.7kWを得ることができた。

論文

ERL放射光源のためのロードロック型電子銃の設計

永井 良治; 飯島 北斗; 西谷 智博; 羽島 良一; 西森 信行; 沢村 勝; 菊澤 信宏; 峰原 英介

Proceedings of 3rd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 31st Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.559 - 561, 2006/00

原子力機構では次世代放射光源のためのNEA-GaAsを光陰極とした電子銃の実証試験を進めている。NEA-GaAs陰極の調整,運用には非常に高い真空度が求められる。この真空度を容易に達成し、陰極の試験を潤滑に進めていくためにロードロック型の電子銃を開発している。このための真空チャンバについての設計・検討を行った。また、検討の結果を裏付けるためのポンプの試験及び加速管からのガス放出速度の測定を行っている。

論文

アナログ位相・振幅制御型RF制御装置の位相安定度測定

永井 良治; 沢村 勝; 羽島 良一; 西森 信行; 菊澤 信宏; 飯島 北斗; 西谷 智博; 峰原 英介

Proceedings of 3rd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 31st Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.838 - 840, 2006/00

原子力機構ではエネルギー回収型リニアック(ERL)をベースとした自由電子レーザー(FEL)や次世代放射光源の開発を行っている。これら実現のためには加速電場の非常に高い安定性が求められており、ローレベルRF制御装置の改良を行ってきた。このローレベルRF制御装置の評価のために、位相安定度の計測を行った。その結果、さまざまな負荷に対して0.01deg-rms程度の安定度を実現できていることがわかった。

論文

ERL光量子源のためのフォトカソードDC電子銃開発の現状

飯島 北斗; 西谷 智博; 永井 良治; 羽島 良一; 峰原 英介

Proceedings of 3rd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 31st Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.529 - 531, 2006/00

現在われわれが推し進めているエネルギー回収型の加速器を利用した次世代光量子源では、大電流電子ビームの加速(100mA, 5$$sim$$6GeV),低エミッタンスビーム(0.1mm$$cdot$$mrad)によるコヒーレントX線の発生,フェムト秒科学への利用のために極短電子バンチ(100fs)の発生を行う。この3つの性能を達成するための重要な要素の1つに電子銃がある。大電流と低エミッタンスを実現するカソードとしては負電子親和力(NEA)表面のGaAsカソードが存在するが、大電流を引き出すためには超格子構造にする必要がある。また、量子効率と寿命を保持するために電子銃の真空を$$10^{-12}$$Torr程度にする必要などがある。現在、このカソードが実機で必要な性能を出せることを実証するために電子銃のテストベンチを構築している。この電子銃はこれまでわれわれが開発してきたJAEA ERL-FEL加速器の電子銃をもとに熱カソードからNEA-GaAsフォトカソードに変えて設計を行った。高圧印加に関しては、SF6ガスを充填したタンク内に高圧部を収納する形式を取っている。カソードはロードロック方式で電子銃と一体化した真空槽内でNEA表面に仕上げたGaAsを導く方式を取っている。

論文

高輝度NEA-AlGaAsフォトカソード電子源の開発

西谷 智博; 田渕 雅夫*; 則竹 陽介*; 林谷 春彦*; 羽島 良一; 飯島 北斗; 永井 良治; 沢村 勝; 菊澤 信宏; 西森 信行; et al.

Proceedings of 3rd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 31st Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.45 - 47, 2006/00

電子源の高輝度性能化は、次世代放射光源であるERL放射光源の実現のみならず、生体分子の観察や3次元構造解析可能な電子顕微鏡の実現の鍵となる不可欠な技術要素である。特にERL放射光源を実現するにあたって、電子源には、エネルギー幅が極めて小さく、大電流の高輝度性能が要求されている。このような電子源として、バルク状GaAsフォトカソードが、負電子親和力の表面を持つ利点から要求性能を満たす電子源として期待されている。しかし、従来技術であるバルク状GaAsフォトカソードは、量子効率が5%程度と小さく、大電流引き出しの際に励起レーザーの高出力問題を抱えている。そこでわれわれは、従来のバルク状GaAsフォトカソードを遥かに越える量子効率で、室温レベルの極小のエネルギー幅の電子ビームを実現する新型GaAsフォトカソードの開発に着手した。

論文

原子力機構エネルギー回収型リニアックの現状 (2006)

羽島 良一; 沢村 勝; 永井 良治; 菊澤 信宏; 西森 信行; 飯島 北斗; 西谷 智博; 峰原 英介

Proceedings of 3rd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 31st Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.251 - 253, 2006/00

2005年10月に、日本原子力研究所と核燃料サイクル開発機構が統合し、日本原子力研究開発機構が発足した。これに合わせて、自由電子レーザー研究グループはERL光量子源開発研究グループ(量子ビーム応用研究部門先進光源開発研究ユニットに所属)となった。これまでに蓄えた超伝導加速器の経験をもとにして、高出力自由電子レーザーに加えて、ERL型次世代放射光源の要素技術開発を行っている。本報では、ERLグループの現況を報告する。

論文

ERL実証機のための入射器の設計

羽島 良一; 永井 良治; 飯島 北斗; 西谷 智博; 西森 信行; 大澤 哲*; 坂中 章悟*; 宮島 司*

Proceedings of 3rd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 31st Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.753 - 755, 2006/00

ERL型次世代放射光源を目指したR&Dが、KEKとJAEAを中心として進められている。本R&Dでは、必要な要素技術開発を行い、続いて実証機(小型ERL)での総合試験を行った後に、ERL放射光施設の建設に進む予定である。要素技術開発の重要なテーマの一つが、大電流,低エミッタンス電子ビームを発生し安定に加速できる入射器の設計製作である。われわれは、次世代放射光源が要求する仕様、平均電流100mA,規格化エミッタンス0.1mm-mradを満たすために、NEA表面を持つ光陰極(熱エミッタンスが小さい)を備えたDC電子銃と超伝導入射加速器の組合せを採用し、設計の最適化を進めている。

論文

JAEA-ERLにおけるCSRスペクトルの観測

高橋 俊晴*; 峰原 英介; 羽島 良一; 西森 信行; 沢村 勝; 永井 良治; 菊澤 信宏; 飯島 北斗; 西谷 智博; 奥田 修一*

Proceedings of 3rd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 31st Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.523 - 525, 2006/00

エネルギー回収型ライナック(ERL)は、放射光リングに比べてバンチが短く、また既存のライナックよりも大電流を加速できるなど優れた特長を持ち、ほかの手法では実現できない大強度のコヒーレント放射光(CSR)を発生させることが可能であることから、テラヘルツ領域での新たな光源として期待されている。国内唯一のERLである原子力機構ERLでは、高強度テラヘルツCSRの本格利用を目指しており、本研究では昨年の報告時よりも安定したマシンの状態でのCSRスペクトルを改めて測定するとともに、大出力赤外FEL(発振波長20$$mu$$m)を発振させることによるCSRスペクトルの変化を観測した。

論文

原研ERL-FEL超伝導加速器のディチューニング特性

沢村 勝; 永井 良治; 羽島 良一; 菊澤 信宏; 飯島 北斗; 西谷 智博; 峰原 英介

Proceedings of 2nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 30th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.448 - 450, 2005/07

原研ERL-FEL超伝導加速器のディチューニング特性を計算と測定により求めた。ローレンツ力による空洞周波数変化の計算値は境界条件の違いにより、単セル空洞で31Hzから133Hz、5セル空洞で18Hzから67Hzとなった。ディチューニングの測定値にはピックアップカップラーからの位相信号の時間変化を用いて求めた。この周波数変化にはローレンツ力によるものとヘリウム冷凍機の機械振動によるものが含まれていた。ローレンツ力による周波数変化は計算とほぼ一致した。

論文

原研エネルギー回収型ライナックにおけるコヒーレント放射光の観測

高橋 俊晴*; 峰原 英介; 羽島 良一; 沢村 勝; 永井 良治; 菊澤 信宏; 飯島 北斗; 西谷 智博; 奥田 修一*

Proceedings of 2nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 30th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.498 - 500, 2005/07

原研エネルギー回収型リニアックからのコヒーレント放射光を観測した。周回軌道の第2アーク,2番偏向磁石からのシンクロトロン放射を真空外に取り出し、分光測定を行ったところ、コヒーレント放射光に対応する大強度放射がミリ波領域で観測された。

論文

エネルギー回収型リニアックにおける電子銃時間ジッタの影響の評価

永井 良治; 沢村 勝; 羽島 良一; 菊澤 信宏; 西森 信行; 西谷 智博; 峰原 英介

Proceedings of 2nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 30th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.376 - 378, 2005/07

原研FELグループでは次世代放射光源用加速器としてエネルギー回収型リニアックの基礎研究を行っている。この放射光源はフェムト秒時間分解能の光源であり時間ジッタは数10fs以下にする必要がある。そこで、エネルギー回収型リニアックにおける電子銃時間ジッタの影響の評価をPARMELAを用いて行った。その結果、電子ビーム圧縮過程で時間ジッタも圧縮されるので電子銃時間ジッタを1ps以下にすれば時間ジッタを36fs以下、電子ビーム輝度ジッタを0.5%以下にできることがわかった。

論文

Highly polarized electrons from GaAs-GaAsP and InGaAs-AlGaAs strained-layer superlattice photocathodes

西谷 智博; 中西 彊*; 山本 将博*; 奥見 正治*; 古田 史生*; 宮本 延春*; 桑原 真人*; 山本 尚人*; 浪花 健一*; 渡辺 修*; et al.

Journal of Applied Physics, 97(9), p.094907_1 - 094907_6, 2005/05

 被引用回数:47 パーセンタイル:15.15(Physics, Applied)

GaAs-GaAsP及びInGaAs-AlGaAs歪み超格子光陰極は50%を超える偏極度の電子生成を実現してきた。InGaAs-AlGaAs歪み超格子光陰極では高い量子効率0.7%を達成したが、その偏極度は77$$pm$$5%であった。一方、GaAs-GaAsP歪み超格子光陰極では92$$pm$$6%の高い偏極度を0.5%の高い量子効率で達成した。さらに、このような超格子光陰極を用いたときの高い偏極度の電子生成メカニズムを実験的に得たスピン分解量子効率により明らかにした。

論文

Large-scaled non-thermal laser peeling, cutting and drilling in nuclear decommissioning industry

峰原 英介; 羽島 良一; 沢村 勝; 永井 良治; 菊澤 信宏; 西森 信行; 飯島 北斗; 西谷 智博; 木村 秀明*; 小栗 第一郎*; et al.

Proceedings of 13th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-13) (CD-ROM), 10 Pages, 2005/05

原研FELは最近新しく255フェムト秒極短パルス,6-9%高効率,1GWピーク出力,数kW平均出力,中赤外から遠赤外に渡る広い波長可変性を同時に実現する発振を発見した。この新しい発振とエネルギー回収リニアック技術を用いて、原子力産業,製薬,医学,防衛,造船,環境科学,宇宙ごみ処理,エネルギー伝送などの応用のために、われわれは10kWよりも高出力で25%よりも高効率な自由電子レーザーを実現できる。そのような波長可変,高効率,高平均出力,高ピーク出力,極短パルスFELを実現するために、われわれは原研独自のコンパクト,自立式,無蒸発,エネルギー回収型超伝導高周波線型加速器によって駆動される高効率で高出力なFELが必要である。われわれのFELに関する議論は、原子力発電所を廃炉するための非熱穿孔,切断,剥ぎ取り応用や原子力産業分野における応力腐食割れを防止することや産業用FELのロードマップ,原研独自のコンパクト,自立式,無蒸発,エネルギー回収型超伝導高周波線型加速器によって駆動される高効率で高出力なFELを含んでいる。

論文

Generation of coherent synchrotron radiation from JAERI-ERL

羽島 良一; 峰原 英介; 沢村 勝; 永井 良治; 菊澤 信宏; 飯島 北斗; 西谷 智博; 高橋 俊晴*; 奥田 修一*

Proceedings of 27th International Free Electron Laser Conference (FEL 2005) (CD-ROM), p.301 - 304, 2005/00

原研のエネルギー回収型リニアック(ERL)から発生するコヒーレント放射光の測定を行った。アンジュレータ下流の偏向磁石位置において発生するシンクロトロン放射光の測定を行ったところ、ミリ波領域において強い放射(コヒーレント効果)が確認できた。放射光のスペクトルは電子バンチの時間幅で説明できる。

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