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。

Photocathode RF gunにおけるレーザー-ビーム同期不安定性の環境依存性

上坂 充*; 飯島 北斗; 上田 徹*; 室屋 裕佐*; 作美 明*; 熊谷 教孝*; 冨澤 宏光*

Proceedings of 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 29th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.628 - 630, 2004/08

ポンプ-アンド-プローブ法を用いた超高速反応の放射線化学実験では、ポンプ・ビームとプローブ・レーザーのパルス幅が短いことも重要であるが、2つのパルスの時間同期も精度に対する重要な要因となる。本研究ではMgフォトカソードRF電子銃とシケイン型圧縮器を用いたリニアックからの電子ビームとフェムト秒モードロックレーザーで、ピコ秒からサブピコ秒の時間分解能実現してきた。しかしながら短時間では安定な時間同期も、レーザー室の温度変化に敏感で、1時間程度では10psのタイミング・ドリフトを起こすことがある。これは、レーザー室の温度変化に伴い、レーザー共振器中での光の行路長が変化し、発振周波数が変化することで、RFに対するタイミングがずれることにより起きる。行路長の変化は、共振器長自身の変化に加えて、結晶の屈折率が変化する場合の2つに起因している。現在、この解決策として、共振器とフォトカソード電子銃の間に光学遅延装置を置き、共振器でのタイミングのずれを補正する装置を開発中である。

原研関西研のフォトカソードマイクロトロンの現状

神門 正城; 小瀧 秀行; 近藤 修司; 金沢 修平; 益田 伸一; 本間 隆之; 中島 一久

Proceedings of 28th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.135 - 137, 2003/08

われわれはレーザー航跡場加速の実証のために高品質入射装置としてフォトカソードRF電子銃とrace-track型マイクロトロン(以下、RTM)を組合わせた加速器を整備してきた。レーザー航跡場加速実験は今年度末に計画されている。フォトカソードマイクロトロンに関する最近の研究として、種々の電子プロファイルモニタの比較,フォトカソードマイクロトロンの暗電流計測,運転時の放射線量分布測定,検出器試験,入射系の真空系への質量分析計の導入,冷却水温度安定化がある。本発表では、フォトカソードマイクロトロンシステムの概要と新しい制御システムの構築,プロファイルモニタ試験について述べる。さらに今後の課題として、ビーム電流安定化のために冷却水温度安定化のための改造を検討中及びレーザー加速のための同期システムを紹介する。

Experimental verification of laser photocathode RF gun as an injector for a laser plasma accelerator

上坂 充*; 木下 健一*; 渡部 貴宏*; 菅原 淳*; 上田 徹*; 吉井 康司*; 小林 鉄也*; Halz, N.*; 中島 一久; 酒井 文雄*; et al.

IEEE Transactions on Plasma Science, 28(4), p.1133 - 1142, 2000/08

https://doi.org/10.1109/27.893293

レーザープラズマ加速の入射器として、フォトカソード高周波電子銃の研究を行った。16MeVの電子ビームエネルギー、6mm.mradのエミッタンス、240フェムト秒のパルス幅、1バンチあたり350ピコクーロンの電荷を得ることができた。フェムト秒の電子パルス波形計測手法としては、フェムト秒ストリークカメラ、コヒーレント遷移放射干渉法、マイケルソン干渉計、遠赤外線ポリクロメーターを使用した。それにより、200フェムト秒以上のパルス幅においてはストリークカメラが最も信頼性が高く、短いパルス幅においてはポリクロメーターが一番よかった。フォトカソード高周波電子銃用のYLFレーザーと電子ビームとの同期においては、3.5ピコ秒を成し遂げた。これらに基づき、より同期のよい、カーレンズモードロックのTi:Sapphireレーザーを導入した。これにより、タイミングジッターは320フェムト秒まで下がった。

Improved performance of the JAERI injection and free electron laser system

西森 信行; 永井 良治; 羽島 良一; 静間 俊行; 沢村 勝; 菊澤 信宏; 峰原 英介

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 445(1-3), p.432 - 436, 2000/05

https://doi.org/10.1016/S0168-9002(00)00097-8

原研FELでは平均出力1kWクラスのFEL発振を目指している。電子ビームからFELへの変換効率を1%とすると、100kW以上が電子ビームに要求される。そこで、平均電流6mA(0.6nC/パルス)、電圧16MVの電子ビームをアンジュレーターに導くことを目標に改良している。まず、電子銃のグリッドパルサーの性能を向上することにより、0.6nCの電子ビームのミクロパルス幅を4nsから1.2ns(FWHM)に減らし、タイミングジッターを0.2ns以下に押さえた。また、2つある前段加速器ではそれぞれ1MVの加速を行いたいので、RF電源の出力を4,5kWから6,7kWに性能を上げた。以上の改良により16MeVの電子ビームを5mAアンジュレーター中に導くことができた。同じ条件で規格化RMSエミッタンスは30mm-mradが得られた。今後はFEL発振実験を行い、その特性の測定を行う。

光陰極電子銃による高輝度電子ビームの研究; LINAC-FEL用ニードルRF電子銃の開発

望月 孝晏*; 宮本 修治*; 天野 壮*; 井上 隆博*; 八束 充保*; 長谷川 信; 山崎 良雄

JNC TY9400 2000-008, 20 Pages, 2000/03

JNC-TY9400-2000-008.pdf:0.81MB

本報告書は、姫路工業大学と核燃料サイクル機構が、光陰極(フォトカソード)電子銃による高輝度電子ビームの研究に関して、共同で実施した研究成果をとりまとめたものである。本研究の目的は、光電子放出(フォトエミッション)型電子銃を用いて高品質電子ビームを発生するために、電子銃の特性とダイナミックスを計算機シミュレーションおよび実験研究により調べ、フォトエミッション型電子銃の応用の可能性を評価することである。電子ビーム品質の改善・高輝度化は、自由電子レーザー(Free Electron Laser:FEL)等の応用上、性能を決定する主要な項目で各種の方法が試みられている。レーザーフォトカソードを用いた電子銃は、短パルスレーザーによる制御性の増加も加えて、電子銃の大きな改善を可能とすると期待されている。フォトカソードを利用する電子源は、古くから利用されてきているが、近年の安定なモードロックレーザー技術の進歩により、高周波(RF)電子銃に安定に同期した発生が可能となり、新しい展開が開けている。本研究では、フォトエミッションをニードルカソード先端の高電界の元で行うことにより、フォトエミッションの量子効率の大幅な改善が行われることを、実験的に示し、それを用いたRF電子銃の計算機シミュレーションによるパラメーターサーベイを行った。

A Thermionic electron gun system for the JAERI superconducting FEL

西森 信行; 永井 良治; 羽島 良一; 静間 俊行; 峰原 英介

Proceedings of 7th European Particle Accelerator Conference (EPAC 2000) (CD-ROM), 3 Pages, 2000/00

原研FELはマクロパルス幅1ms,マクロ周期10Hz,ミクロパルス周期10.4125MHzで運転する。電子ビームの生成は230kV高圧熱電子銃で行う。カソードはY646B(EIMAC)を用いグリッドパルサーで駆動する。FEL性能向上のために行われてきた改良の結果、ビームエネルギー230kV,FWHMパルス幅0.86ns,ピーク電流0.66A,時間ジッター()22ps,振動変動1%以下,エミッタンス13 mm-mradの電子ビームが電子銃から得られるようになり、最近のFEL性能向上に大きく貢献した。ここでは、電子銃の改良と現在の性能について述べる。

BNL/KEK/SHIフォトカソード高周波電子銃の性能試験

神門 正城; 小瀧 秀行; 出羽 英紀; 近藤 修司; 吉井 康司*; 上田 徹*; 渡部 貴宏*; 上坂 充*; 酒井 文雄*; 小方 厚*; et al.

Proceedings of 24th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.128 - 130, 1999/00

レーザー航跡場加速実験のための高品質電子ビーム源として1.6セルフォトカソード高周波電子銃(以下、RFガン)の開発を進め、東京大学大学院工学系研究科附属原子力工学研究施設において1997年8月よりRFガンの性能試験を行ってきた。本年3月にフォトカスケード照射用のレーザーシステムが更新され、レーザーのエネルギー安定度が格段に向上し、それに伴い電子ビームの電荷量の安定度が従来の720%(rms)から1%(rms)に向上した。また、レーザーパルス長も20ps(FWHM)から6ps(FWHM)に短縮化され、電子ビームのパルス長も短縮化された。また、レーザーエネルギー安定化に伴い、銅カソードの量子効率がRFエージングと真空度に関連して変化する現象を観測した。真空度を10程度まで向上することで、量子効率は1.410まで増加し、2.7nC/bunchの電子ビームを確認した。レーザーシステムの更新により、低エミッタンス,短バンチの高輝度電子パルスを安定に発生できことが可能になった。

原研FEL電子銃の改良

西森 信行; 永井 良治; 菊澤 信宏; 峰原 英介; 沢村 勝; 杉本 昌義; 山内 俊彦; 早川 岳人

Proceedings of 23rd Linear Accelerator Meeting in Japan, p.130 - 132, 1998/00

自由電子レーザーは電子ビームが媒質の役割を果たすので、電子ビームの安定が極めて重要である。電子ビームの源は電子銃であり、そのビーム特性が充分よいものである必要がある。今回、グリッドパルサーを改善することにより、パルス幅が6nから3nへと半分にすることができ、またパルスごとのばらつきを20%から3%程度へと小さくすることができた。またウェネルトを12からより小さなものへ変更する試みも実行中であり、ビームのエミッタンスを半分以下にする予定である。これらの改善による、電子ビームの特性向上の結果と、レーザーパワー向上のへの影響について報告する予定である。

電子ビーム加熱大量蒸発で生成したガドリニウム原子ビーム中の蒸発部生成プラズマの除去

大場 弘則; 西村 昭彦; 柴田 猛順

JAERI-M 92-216, 13 Pages, 1993/01

JAERI-M-92-216.pdf:0.5MB

電子銃蒸発源で金属蒸気を生成させると蒸発部でプラズマが発生する。原子法レーザー同位体分離ではこれらプラズマを取除く必要がある。ここでは直進型電子銃蒸発源でガドリニウム原子を大量に蒸発させて、原子ビーム中の蒸発部近傍生成プラズマの除去試験を行った。原子ビームの流れに沿って設けた平行平板の除去電極に正または負の電圧を印加した。除去電極に正電圧を印加すると電極に数Aの電流が流れ、プラズマの除去ができなかった。これに対して、除去電極に負電圧を印加すると、原子ビーム中のプラズマが除去できた。プラズマが除去電極を通過する間にプラズマを完全に消滅させるのに必要な除去電極電位を蒸発部生成プラズマの特性値を用いて推定した。推定値は実験値と一致した。