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松田 誠; 竹内 末広; 小林 千明*
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.165 - 167, 1997/00
原研タンデム加速器から得られるビーム強度の増強と加速イオン種の拡大の目的からターミナルイオン源として永久磁石で構成される小型の電子サイクロトロン共鳴(ECR)イオン源を設置する計画を進めている。ECRイオン源をターミナルイオン源として使用することでフォイルを使用せずに高多価、高強度のビームを得ようとするものである。また、これまでの負イオン源では不可能であった希ガスの加速が容易に行え加速イオン種の拡大が可能である。タンデム加速器内への設置には高電圧、高圧ガス中での放電及び圧力対策が必要となり、信頼性を上げるためにできる限り簡単なシステムとしたい。そのためにイオン源の運転パラメーターの最適化、簡略化も行った。特にRF源、冷却、ビームオプティクスについて新たに検討が必要となった。またECRイオン源から引き出されるビームには目的とするイオン以外に電荷、質量の異なるイオンが多数存在する。これらのイオンを加速管に入射する前にある程度の分離を行うために、限られたスペースの制約から45°電磁石を2つ組み合わせた入射系とし、加速管への負担を押さえる計画である。
峰原 英介; 田中 英一*
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., P. 119, 1997/00
自由電子レーザーは、クライストロン等のマイクロ波の発振管の原理を可視光やもっと短波長の電磁波の発生に応用したものである。電子エネルギーは基本的には波長と直接的な電子ビームの関係式があり、厳しい制限を課しているが、アンジュレーター周期等を短くし、電子のバンチを波長程度に短くすれば小型の高出力電子加速器を自由電子レーザー駆動源として動作させることが可能である。発振させるためには、大電流が狭い空間に閉じ込められている必要があるが、これが満たされず、発振に必要な増幅率を確保できなくても有用な、強度の大きな、短波長の電磁波が利用できる。小型の高出力電子加速器を用いて、空間的または時間的に可干渉である遠赤外域から硬X線域までの広い範囲の電磁波を生成できることを議論し、この新しい光源を提案する。小型の高出力電子加速器は、電子ビームが高品質であることが必要であるので、具体的には20MeVから10MeV程度の超伝導リニアック及び静電加速器を想定している。アンジュレーターは、発生波長によって結晶格子、超格子及び通常型プレナーアンジュレーター等を利用することが可能である。
峰原 英介; 杉本 昌義; 沢村 勝; 永井 良治; 菊澤 信宏; 西森 信行
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., P. 236, 1997/00
原研自由電子レーザーは、現在原研独自の無蒸発型の4K冷凍機を組み込んだ超伝導リニアックを使用している。この世界最大の無蒸発型冷凍機システムは、(1)冷凍機の有害な振動、(2)冷却温度の下限(4K)、(3)冷凍能力の上限(20W)、(4)低い熱効率という4つの欠点を持っている。これらの欠点を以下の方策で解決を図ってきた。(1)は、無振動冷凍機の採用と防振の工夫による振動の低減を図っている。(2)は、He3ガスを動作流体として、超流動を発生させずに2K以下への冷却温度下限の延伸を図っている。(3)は、熱効率が極大となる単位冷凍機当たりの冷凍能力(4.2Kにて10W程度)を単位として冷凍能力の増加を図っている。(4)は、低温部での比熱の低下を補う磁性蓄冷材を用いて熱効率の改善を図った結果、大型液化器と同等の熱効率が達成された。
花島 進
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.519 - 521, 1997/00
原研タンデム加速器で近年行った制御システムの改良について報告する。ブースターRF制御室への副制御コンソールの設置、CAMACシリアル・ハイウェイ・ドライバーの新型への更新、主コンソールのシャフトエンコーダの改良、中央プロセッサシステムのプロセッサモジュールの更新、トランスピュータによって制御されるデータ点の設置等を行った。これらの改良により、タンデム加速器本体と後段ブースターの連携運動が円滑に行えるようになった。またシステムの信頼性も向上した。
峰原 英介; 杉本 昌義; 沢村 勝; 永井 良治; 菊澤 信宏; 西森 信行; 田中 英一*
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., P. 120, 1997/00
原研自由電子レーザー用超伝導リニアックは、中性子発生を少なくするために14~18MeVの電子エネルギーでの加速を行っている。通過率は主加速器及びアンジュレータでそれぞれ概略100%を得た。損失ビームの低減と逆流ビームの影響を低くするため、また管理区域境界での放射線レベルを低減するためロスモニタによる最適化を行った。また昨年より電子銃(パルス電流、幅、加速電圧)及び高周波電源(位相振幅)の1ms長時間安定性を確保するために種々の改善を行った。現在、エネルギー分解能は前段及び主加速器直後でそれぞれ
3%と0.5%である。又ストリークカメラによる時間巾の計測を行ったところアンジュレーター中心で20psであった。尖頭電流値は20~10Aが得られた。また冷凍機系は昨年と同様に連続無故障運転中である。このため加速器は停電、故障等を除いて定常的に運転され、発振及び調整実験に使用されている。昨年度末に、間欠的な発振が確認された。システムの改善後に、より安定な大強度の発振実験を試みる予定である。
峰原 英介; 田中 英一*; 杉本 昌義; 沢村 勝; 永井 良治; 菊澤 信宏; 西森 信行
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.444 - 445, 1997/00
原研FEL施設のX線及び
線量を根本的に下げるために、原研超伝導リニアックのビームラインに沿って20個程度のビーム電流の損失モニタを並べた。予備的な結果は運転中の放射線量率を数分の1から数十分の1に減少させ得ることを示した。ビーム電流の損失モニタである放射線検出器は安価で入手の容易な浜松ホトニクス社製PINホトダイオードとチャージセンシティブアンプを用いている。バイアス電源は内蔵電池、アンプ電源はノイズの少ないものを選んだ。この検出器はBGOやCslシンチレーターを用いて感度を上げることも可能である。このシステムの検出器と監視方法についても議論する予定である。またビームロス及びこれに派生した逆流ビームに起因するX線の分布についても報告し議論する。
上松 敬; 荒川 和夫; 岡村 哲也*
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.446 - 448, 1997/00
サイクロトロンのビーム軌道可視化調整技術(VAU法)の開発は、設計に用いた計算コード等により、ビーム軌道等を模擬し、実運転に反映させる新しい制御技術の手法を開発することを目的としている。今回は、VAU法を外部ビーム輸送系へ適用し、ビームエンベロープ及び軌道のシミュレーションプログラムの開発を行い、実運転において、リアルタイムでビーム軌道の可視化に成功した。
千代 悦司*; 伊野 浩史*; 大内 伸夫; 壁谷 善三郎*; 水本 元治
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.215 - 217, 1997/00
加速エネルギ2MeVから10MeVまでのドリフトチューブリニアック(DTL)のRF特性は、コールドモデルを用いて調査された。コールドモデルはアルミニウム製で60セルからなり、加速電場を安定化するためポストカプラーが取り付けられている。本研究では、ポストカプラー挿入本数に対するRF特性の依存性を評価した。1セル毎にポストを挿入すると、TMモードとポストモードとの間に別の励起モードが観測された。このモードは加速電場に大きな撹乱を与えるため、安定した電場分布が得られなかった。挿入本数を減らすと、このモードは消失し、均一な分布が得られた。分布の均一性、デチューニング感度、TM
とTM
とのモード間隔などのポストカプラーによる安定化の影響は、挿入本数が減少するほど弱くなった。
野田 文章*; 金正 倫計; 草野 譲一; 水本 元治
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.350 - 352, 1997/00
中性子科学研究用陽子蓄積リングでは数千のH
パルスビームを荷電変換入射し、H
ビームをリングに蓄積する。本リングではこの過程でのビームロスをいかに抑えるかが重要な問題となっている。この解決策として横方向についてはペインティングと呼ばれる手法を用いる。これは周回ビームのフォイル通過回数を抑えるとともに空間電荷効果によるビーム発散を抑えるものである。本報告ではこのペインティング方法について検討した結果を報告する。一方、縦方向に関しては、高周波バケット内に安定にビームを保持することが重要となる。そこで高周波バケット形状を変化させた場合のビーム安定性について検討を行った結果についても合わせて報告する。
草野 譲一; 大内 伸夫; 赤岡 伸雄*; 斉藤 健治*; 野口 修一*; 椋木 健*; 長谷川 和男; 水本 元治
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.240 - 242, 1997/00
原研の中性子科学研究計画では中性子源としての大強度陽子加速器の開発を進めている。陽子エネルギー100MeVから1.5GeVの範囲の加速構造には超伝導型加速空胴の採用を第1オプションとして想定し、1995年から文部省高エネルギー物理学研究所(KEK)との共同研究を基に開発を進めてきた。陽子加速器の特徴となるエネルギー変化に伴う粒子速度の変化に対応するため複数種の異なる空胴形状について設計検討を行うと共に、実験的に超伝導のモデル空胴の性能を検証するための試験設備の整備と高純度ニオブ機使用のモデル空胴の製作を行った。1996年末から1997年9月にかけて、
=0.5のモデル空胴についての性能試験を行い表面電界強度:30MV/m,Q値:2
10
という世界最高レベルの性能を確認し、゛設計及び製作手法の妥当性と試験設備の安定性が実証された。
水本 元治; 草野 譲一; 長谷川 和男; 大内 伸夫; 小栗 英知; 金正 倫計; 戸内 豊*; 本田 陽一郎*; 椋木 健*; 伊野 浩史*; et al.
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.130 - 132, 1997/00
原研では核破砕中性子源を用いた基礎科学の推進や消滅処理の工学的研究を目的として中性子科学研究計画を提案している。この計画では、加速エネルギー1.5GeV、加速電流値最大5.33mAの大強度リニアックと5MWクラスの蓄積リングの開発が必要とされる。現在、加速器の入射部(高輝度負イオン源、高周波四重極リニアック(RFQ)、ドリフトチューブリニアック(DTL)、高周波源等)と、高エネルギー加速部を構成する超伝導加速空胴の開発を進めている。本発表では中性子科学計画の概要を紹介すると共に、加速器技術開発の成果と加速器の基本構成、システム検討等の結果を報告する。
金正 倫計; 野田 文章*; 草野 譲一; 水本 元治
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.341 - 343, 1997/00
原研が進めている中性子科学研究計画では、大強度陽子ビーム及びそれによって駆動される強力中性子を用いた基礎科学研究や工学研究の展開が提案されている。その中でも、短パルスで大強度(最大5MW)の中性子を用いた中性子散乱実験はこの計画の大きな柱の一つである。短パルスで最大ビーム出力5MWの大強度中性子ビームを発生させることは、線形加速器のみの利用では不可能である。したがって、線形加速器で加速された短パルスビームを、大強度になるまで蓄積するための蓄積リングが必要となる。現在この陽子蓄積リングの検討を行っているので、これまで検討した経過を報告する。
福田 光宏; 荒川 和夫; 奥村 進; 中村 義輝; 奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; 横田 渉; 田村 宏行
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.139 - 141, 1997/00
原研AVFサイクロトロンにおいて、イオン種・エネルギーを短時間で変更する技術として、カクテルビーム加速技術を開発した。イオン源に複数のガスを導入し、生成したイオンのうちM/Qがほぼ等しく、分析電磁石で分離・弁別できないイオン種をすべてサイクロトロンへ入射し、同時に加速する。サイクロトロンの加速周波数等の1~2のパラメータを特定のイオン種に合わせることにより、目的とする単一イオンだけを引き出す。この方法は、周波数のみを変更し、他のパラメータは、まったく変更する必要がないので、30秒~2分程度の極めて短時間でイオン種を変更できる。M/Q≒4と5のシリーズについての実験結果とサイクロトロンによるイオン種分離の方法について報告する。また、この加速技術の応用について述べる。
福田 光宏; 奥村 進; 荒川 和夫; 石堀 郁夫; 松村 秋彦*; 唐沢 孝*
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.300 - 301, 1997/00
サイクロトロンの中心領域におけるビームセンタリングエラーの見積り方法を開発した。従来は、複数の半径プローブを用いてビーム軌道中心のズレを測定する方法が一般的であるが、原研AVFサイクロトロンの場合、複数の半径プローブを設置するスペースがなく、唯一全半径を走査できるメインプローブを所有しているだけである。そこで、一次元のビーム電流分布からビームセンタリングエラーを定量化する手法を考案し、実際のビーム電流分布を用いた見積りを試みた。粒子の運動方程式から、メインプローブ方向でのビーム位置を半径方向のベータトロン振動数
、1ターン当たりのエネルギー利得、サイクロトロン中心からのビーム軌道中心のズレの強度で表し、加速初期段階の10ターン前後のビーム位置をフィティングすることにより、上記4パラメータを求めた。陽子10MeVのデータから、その解析手法の妥当性が確かめられた。
中村 義輝; 石堀 郁夫; 荒川 和夫; 奈良 孝幸
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.368 - 370, 1997/00
サイクロトロンなどの加速器における真空系内のビーム損失を評価するためには、様々なイオンの荷電変換断面積が必要となる。しかしながら、これまで各種イオンの幅広いエネルギー範囲や荷電状態について、系統的に求められているものは少ない。われわれは、エネルギー依存性の測定に好都合な原研AVFサイクロトロンを用い、これまで加速された各種の多価イオンについて、それらの荷電変換断面積を実験的に求めるとともに、さらに有効な経験式の探索も試みた。
杉本 昌義; 金正 倫計; 川合 将義*; M.Chernogubovsky*
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.127 - 129, 1997/00
この2年間、国際核融合材料照射施設(IFMIF)の概念設計活動が実施され最終報告書が完成した。概念設計の内容については次のステップに向け、国内及び国際的枠組みで評価を実施していく予定である。IFMIF加速器システムは250mA,40MeVの重電子ビームを供給するために入射器、RFリニアック、高エネルギービーム輸送系等から構成される複雑な系であり、その全体的な挙動を解析するにはサブシステムごとにダイナミカルモデルで近似する手法が有効である。
M.Chernogubovsky*
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.221 - 223, 1997/00
トランジェントなビームにより励起される共鳴空洞中の電場の解析結果を用いて、所要高周波電力を最小とするような制御信号の構成方法を導いた。最適化にあたり、制御信号の実装がより簡単であり、与えられた電場の許容誤差のもとで高周波システムとして必要となる周波数バンド幅を最小にするという条件を同時に考慮した。また、加速チャンネルの最適設計方法についての知見も得た。
小瀧 秀行; 中島 一久*; 神門 正城*; H.Ahn*; 出羽 英紀*; 近藤 修司; 酒井 文雄*; 渡部 貴宏*; 上田 徹*; 中西 弘*; et al.
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.449 - 451, 1997/00
短パルスのX線は、物理、化学、医療等、様々な分野への応用が考えられている。このトムソン散乱は、短パルスのX線の発生方法の1つである。90°トムソン散乱の場合、発生するX線のパルスは、電子ビームのサイズに依存し、電子ビームのサイズが小さいほど、短パルスのX線が発生する。2TWのT
レーザーと17MeVの電子ビームを用いて、トムソン散乱によるX線の発生の実験を行った。X線のディテクタとして、シンチレータとX線ストリークカメラを用いた。シンチレータによるX線のシグナルは、ただ1つのタイミングにおいてのみあらわれた。次に、X線ストリークカメラによっての測定を試みた。しかし、X線をフォーカスしていなかったため、X線ストリークカメラに入るフォトン数が少なく、測定することができなかった。今後、パルス圧縮した電子ビームとレーザーとを正面衝突させることによるX線発生を計画している。これには、(1)タイミングジッターによる影響を減少させられる、(2)発生するX線のエネルギーが電子ビームとレーザーのエネルギーによって決定される、(3)X線のパルス幅が電子ビームのパルス幅によって決定されるという利点がある。
酒井 文雄*; 小瀧 秀行; 中島 一久*; 神門 正城*; 近藤 修司; 出羽 英紀*; 渡部 貴宏*; 上田 徹*; 吉井 康司*; 木下 健一*; et al.
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.473 - 475, 1997/00
コンパクトな加速器としてレーザ加速器が注目されており、原研、KEK、東大の共同研究において、加速実験が行われている。効率的な電子加速を行うためには、単パルス、低エミッタンスの電子源が必要であり、低エミッタンスの電子源としてRFフォトカソードガンを導入した。本ガンはBNL/KEK/SHIの共同研究により開発した物で、50Hzの高繰り返しを目的に開発された物である。今回は、予備実験として、繰り返し10HzにてRFフォトカソードガンの特性を取得した。実験の結果、電荷1nC、パルス幅5ns、エミッタンス2
mm・mrad(水平方向)が得られており、ほぼ仕様を満足するものであった。
小瀧 秀行; 中島 一久*; 神門 正城*; H.Ahn*; 出羽 英紀*; 近藤 修司; 酒井 文雄*; 渡部 貴宏*; 上田 徹*; 中西 弘*; et al.
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.513 - 515, 1997/00
プラズマ中に超短・大出力レーザーパルスを集光させると、レーザーの強いポンデラモーティブ力によってプラズマ電子がはじかれ、レーザーパルスの後にプラズマ波が励起される(レーザー航跡場)。この電場は10GV/m~100GV/mにも及び、従来の高周波加速の100MV/mよりもかなり大きな加速勾配が実現できる。この強い電場で粒子加速を行えば、大型化の一途をたどる最先端の高エネルギー加速器の小型化に貢献できる可能性がある。我々はTレーザーと呼ばれる小型の超短・大出力レーザー(典型的なパラメータは、100fs,
2TW)と東大工学部原子力工学研究施設の電子線形加速器を同期させ、電子加速実験を行った。理論的に最も高いエネルギー利得が得られる共鳴密度(410
cm
)よりも高い密度において、100MeVを越えるエネルギー利得を得た。我々が加速実験に先立って行ったレーザーの伝播実験では回折限界を越えた伝播を示唆する結果を得ており、この高エネルギー利得はレーザーパルスがGaussian beamと異なる伝播をプラズマ中でしていることで説明できる。