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論文

3D visualization of XFEL beam focusing properties using LiF crystal X-ray detector

Pikuz, T.*; Faenov, A.*; 松岡 健之*; 松山 智至*; 山内 和人*; 尾崎 典雅*; Albertazzi, B.*; 犬伏 雄一*; 矢橋 牧名*; 登野 健介*; et al.

Scientific Reports (Internet), 5, p.17713_1 - 17713_10, 2015/12

 被引用回数:18 パーセンタイル:19.2(Multidisciplinary Sciences)

we report, that by means of direct irradiation of lithium fluoride a (LiF) crystal, in situ 3D visualization of the SACLA XFEL focused beam profile along the propagation direction is realized, including propagation inside photoluminescence solid matter. High sensitivity and large dynamic range of the LiF crystal detector allowed measurements of the intensity distribution of the beam at distances far from the best focus as well as near the best focus and evaluation of XFEL source size and beam quality factor M2. Our measurements also support the theoretical prediction that for X-ray photons with energies $$sim$$10 keV the radius of the generated photoelectron cloud within the LiF crystal reaches about 600 nm before thermalization. The proposed method has a spatial resolution 0.4-2.0 micron for photons with energies 6-14 keV and potentially could be used in a single shot mode for optimization of different focusing systems developed at XFEL and synchrotron facilities.

論文

期待される小型加速器開発

荒川 和夫

原子力年鑑2006年版, p.125 - 126, 2005/10

イオン,RI,陽電子,中性子等のビーム利用に関する研究は、農業,工業,医療及び環境科学などの研究分野に新しい研究手段を提供し、科学技術の発展に寄与するばかりでなく、幅広い産業分野で大きなブレークスルーをもたらすものとして期待されている。こうした観点から、先進小型加速器の開発の経緯と現状,イオンビーム利用の現状と加速器施設整備計画の進捗及び自由電子レーザーの開発の現状と利用計画について概観した。

論文

RF properties of the JAERI ERL-FEL for long-pulse operation

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

Proceedings of 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 29th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.305 - 307, 2004/08

原研エネルギー回収型自由電子レーザー(ERL-FEL)において現在の1msec, 10Hz運転から秒程度の長パルス運転を行うために必要な、高周波電源の出力特性並びに超伝導空洞の周波数変動特性やクライオスタット内圧力変化の測定を行った。クライオスタット内圧力に関しては圧力上昇が見られるが、10%程度のDutyで運転であれば秒単位の長パルスが可能であることがわかった。ヘリウム冷凍機から超伝導空洞への振動の影響はパルス運転のとき60Hz程度共振周波数の振動が見られるが、CW運転の時には数Hzと小さいことがわかった。また常伝導のSHB空洞における発熱による周波数変化と冷却に関する計算及び測定を行った。

論文

Status and development for the JAERI ERL-FEL for high-power and long-pulse operation

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

Proceedings of 9th European Particle Accelerator Conference (EPAC 2004) (CD-ROM), p.1723 - 1725, 2004/07

原研エネルギー回収型超伝導加速器はエネルギー回収成功後、大出力及び長パルス運転のための改造を行っている。エネルギー回収部分でない加速空洞のために連続波運転可能な新しい高周波源を取付け、長パルス運転の試験を行っている。この長パルス運転のときに必要となるクライオスタット内の圧力変化,振動による周波数変化,ピエゾチューナーの応答速度等の超伝導空洞の特性試験を行った。また新しい高周波制御系も更新し、高周波変動を振幅で0.1%、位相で0.1度以下にすることができた。

論文

Study of HOM instability of the JAERI ERL-FEL

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

Free Electron lasers 2003, p.II_31 - II_32, 2004/00

エネルギー回収型FELにおいて、周回電子ビームが軌道中心からずれると横方向の高調波を励起し、周回ビームと高調波が同期してしまうと高調波が増幅され、電子ビームが横方向にキックされビームが不安定になる恐れがある。そこで、原研超伝導リニアックFELのHOM特性を調べるとともに、横方向HOMによるビーム不安定性を調べる数値解析コードを開発し、電流制限は数A以上と十分大きいことがわかった。さらに空洞内で励起されている各高調波の周波数,パワーを詳細に解析することにより、エネルギー回収時に強く励起されるモードを特定し、計算結果と比較することによりHOM不安定性を詳細に分析した。

論文

大規模で広範囲な産業応用に求められるエネルギー回収型超伝導リニアック駆動自由電子レーザーの技術

峰原 英介

Proceedings of ARTA 2004, p.75 - 76, 2004/00

原研超伝導リニアック駆動自由電子レーザーは、世界で唯一、波長可変,6%高変換効率,数百フェムト秒,2.34kW高出力FEL光を生成することに成功している。これをさらに高効率化,非放射線発生装置化,小型化,高出力化することによって大規模で広範囲な産業応用を可能にするためにはどのような加速器技術が具体的に必要なのかについて以下に議論し、報告する。具体的な産業応用として原子力エネルギー分野等を取り上げ、幾つかの加速器関連あるいは非加速器関連技術に関する応用時に必要な要求について議論する。

論文

JAERI ERL-FEL; Status and future plans

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

第14回加速器科学研究発表会報告集, p.696 - 698, 2003/11

原研FELグループでは、高出力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。これまでにエネルギー回収装置を完成し、エネルギー回収動作及びFEL発振に成功している。現在は、5-10kW出力のFELを目指した装置の改造として、入射器増強作業,RF制御システム更新作業を進めている。また、FEL利用研究としては、超短パルスFELによる金属材料の非熱加工と表面改質の試験研究を進めており、また、自己変調パルスを用いたレーザー量子制御の可能性も検討している。さらに、将来の展望として、ERL技術に基づく光量子源(大強度テラヘルツ,高輝度X線,大強度$$gamma$$線など)を目指した研究に着手している。本報では、これらの研究開発の状況を概括する。

論文

FFTを利用した光共振器モード計算の高速化

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

Proceedings of 28th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.381 - 383, 2003/08

FELの性能を決める大きな要素の一つが光共振器である。光共振器内での回折損失や出力効率を計算するには光共振器内のモードを計算する必要がある。光共振器内のモードを計算する方法としてはFoX-Liの手法がよく知られているが、この方法は2階積分を繰り返し計算するもので非常に多くの計算時間を必要とするために、十分なパラメータサーチが行えなかった。そこで、この2階積分をFFTを利用した畳み込みを用いることで高速化し光共振器の形状についての十分なパラメータサーチを行える計算コードを開発した。

論文

原研ERLにおける10kW級FELの開発

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

Proceedings of 28th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.390 - 392, 2003/08

原研ERL-FELでは、10kW級FEL発振を目指した装置開発を行っている。本稿では、これら装置開発の内容を概括し、将来の展望を述べる。具体的には、ERLにおけるエネルギーアクセプタンスとFEL変換効率の見積もり,ビーム電流増大のための入射器増強の戦略と現状,超伝導加速器安定化のためのRF制御系の改良などである。

論文

JAERI ERL-FELのHOM特性

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

Proceedings of 28th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.384 - 386, 2003/08

原研エネルギー回収型自由電子レーザーリニアック(ERL-FEL)において大電流加速の時に問題となる高調波モード(HOM)不安定性を調べるため、電子ビーム加速時に空洞内で励起されるHOM電力を各HOMカップラーを通して外部に取出し、そのパワースペクトラムを測定した。HOM不安定性に対する各HOMのしきい値電流と比較を行った。

論文

High energy laser wakefield acceleration

小瀧 秀行; 神門 正城; 細貝 知直; 近藤 修司; 益田 伸一; 金沢 修平; 横山 隆司*; 的場 徹; 中島 一久

International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 14(1-4), p.255 - 262, 2003/03

現在の加速器では、高周波加速が多く利用されているが、この高周波をレーザーに変えることにより、加速勾配が100~1000倍となり、レーザー加速は加速器小型化の可能性を秘めている。最近、高強度レーザーを用いたレーザー加速が世界中で注目されており、100MeVを超えるエネルギーゲインが実証されている。原研では、フォトカソードRFガンを電子源としたマイクロトロンを高品質電子ビーム源として使用し、これを100TW20fsレーザーで加速する。プラズマ波長は数百フェムト秒と短いため、効率よく加速を行うには、超短パルス電子ビームが必要となる。超短パルス電子ビームの生成及びフェムト秒オーダーでの高精度のレーザー電子ビーム周期には、逆自由電子レーザーとシケインマグネットによるバンチスライスを行う。また、加速長を長くするため、プラズマ光導波路を使用し、cm長の加速を行う。これらを組み合わせ、1GeVの加速を目指す。フォトカソードRFガンとマイクロトロンの性能について、さらに逆自由電子レーザーやプラブマ光導波路の計画を発表する。

論文

Fundamental physics with an X-ray free electron laser

田島 俊樹

Plasma Physics Reports, 29(3), p.231 - 235, 2003/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:81.68(Physics, Fluids & Plasmas)

近年世界の色々の研究所で高エネルギー電子線を使った非常に輝度の高いコヒーレントなオングストローム波長帯のX線自由電子レーザーを作るための考察や計画が進んでいる。こうした第四世代光源の装置をうまく使うことで今までにない新しい応用が開かれてくる。これは、今までの放射光応用の領域(生物や物性)に加え、基礎物理の課題で今まで研究の緒につかなかったいくつかの先端領域が含まれる。例えば、光核反応,コヒーレント$$gamma$$線発生,非線型場理論の検証等である。これらについて考察を加える。

論文

Linac optics optimization for energy recovery Linacs

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

Proceedings of 2003 Particle Accelerator Conference (PAC 2003) (CD-ROM), p.3443 - 3445, 2003/00

自由電子レーザーや次世代の放射光源の駆動源として期待されているエネルギー回収型加速器(ERL)の高平均電流での運転のためにリニアックオプティクスの最適化を行った。この最適化では広範囲でのパラメータサーチを行うために遺伝的アルゴリズムを利用した。最適化したリニアックオプティクスにおけるBBU閾値電流を数値解析で見積もった。その結果、単純な形状のERLで十分に高い閾値電流が得られることがわかった。

論文

超短パルス自由電子レーザー光のチャープの評価

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

Proceedings of 27th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.264 - 266, 2002/08

日本原子力研究所では超伝導リニアック駆動型の遠赤外線自由電子レーザーを用いて完全同期発振により超短光パルスの発生に成功している。この光パルスの形状をchirped-sech パルスであると仮定し、計測で得られた2次のオートコリレーション干渉波形からチャープパラメータを求めた。また、1次元の数値シミュレーションからも光パルスのチャープパラメータを求め計測結果と比較した。その結果、計測とシミュレーションそれぞれから算出したチャープパラメータはよく一致しており、自由電子レーザーで得られた超短光パルスはダウンチャープしていることがわかった。

論文

Intense ultrashort pulse generation using the JAERI far-infrared free-electron laser

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

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 483(1-2), p.129 - 133, 2002/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:68.69(Instruments & Instrumentation)

原研遠赤外自由電子レーザーにおいて高強度極短パルスを発生した。光共振器長を電子バンチ繰り返しと完全に同期した時に最も短く強度の強いパルスを得ることができ波長22.5ミクロンでパルス幅は250fsであった。これは光のサイクルの約3.7周期に相当し、数値計算の結果とよく一致している。FELパルスのエネルギーは100$$mu$$Jに達した。2次のオートコリレーションによるパルス幅の計測には厚さ2mmのTe結晶を用いた。光共振器長と電子バンチ繰り返しの同期をずらしていくとサブパルスが現れてくるが、このサブパルスの現れ方も計算結果とよく一致していた。

論文

Simulated performance of the energy-recovery transport system for the JAERI-FEL

静間 俊行; 羽島 良一; 峰原 英介

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 475(1-3), p.569 - 573, 2001/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:86.3(Instruments & Instrumentation)

自由電子レーザー研究グループでは、超伝導リニアックを用いた高出力自由電子レーザーの開発を行ってきた。現在、波長領域20-30$$mu$$mにおいて、マクロ平均出力2kW以上の安定したレーザー発振に成功している。レーザー出力のさらなる向上のため、ビームエネルギー回収実験を計画している。本会議では、エネルギー回収輸送系の詳細な設計について報告するとともに、この輸送系での電子ビームの運動学のシミュレーション結果について報告する。

論文

An Optical resonator with insertable scraper output coupler for the JAERI far-infrared free-electron laser

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

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 475(1-3), p.519 - 523, 2001/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:58.69(Instruments & Instrumentation)

原研遠赤外自由電子レーザーのためのスクレーパ型外部結合を用いた光共振器の性能についてFox-Liの手法を用いて検討した。スクレーパ型とセンターホール型の外部結合と回折損失を算出し、効率について評価検討した。その結果スクレーパ型外部結合の方がより効率的であることがわかった。

論文

Third-harmonic lasing at JAERI-FEL

羽島 良一; 永井 良治; 西森 信行; 菊澤 信宏; 峰原 英介

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 475(1-3), p.43 - 46, 2001/12

 被引用回数:10 パーセンタイル:38.22(Instruments & Instrumentation)

原研超伝導FELでは、3倍高調波の発振に成功した。3倍高調波の発振は、SEGコートミラーと呼ばれる新しいタイプの赤外用反射ミラーを用いて行った。これは、通常の金コートミラーの表面に誘導体多層膜を重ねたもので、特定の波長のみに対して極めて高い反射率を示す。実験では、3倍高調波(7$$mu$$m)に同調したSEGコートミラーを用いて、基本波(22$$mu$$m)の発振を抑止し、3倍高調波のみを発振させることに成功した。これまでに得られた3倍高調波の出力は、マクロパルス平均で15Wである。また、発振はシングル・スーパーモード領域である。

論文

Analyses of superradiance and spiking-mode lasing observed at JAERI-FEL

羽島 良一; 西森 信行; 永井 良治; 峰原 英介

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 475(1-3), p.270 - 275, 2001/12

 被引用回数:15 パーセンタイル:25.92(Instruments & Instrumentation)

原研超伝導FELは、2kW超(マクロパルス平均出力)の発振を得た。この時の変換効率は、アンジュレータ周期数で決まる制限を超えている。この高効率発振のメカニズムを理解するために、パルス伝播の数値計算を行い実験結果と比較した。数値計算で得られた光共振器デチューニング曲線は、実験結果とよく一致し、デチューニングがゼロに近づくにつれて、発振形態はスパイク型からスーパーラディアンスーの移行を示している。変換効率の最大値は共振器長がバンチ間隔に完全に一致した時に得られ、この時の発振形態は、線形領域のスーパーラディアンスを経て、カオス的な領域の非線形スーパーラディアンスとなる。

論文

原研遠赤外自由電子レーザーにおける高強度極短パルス特性

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

Proceedings of 26th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.240 - 242, 2001/08

原研遠赤外自由電子レーザーにおいて高強度極短パルスを発生した。光共振器長を電子バンチ繰り返しと完全に同期した時に最も短く強度の強いパルスを得ることができ波長22.5ミクロンでパルス幅は250fsであった。これは光のサイクルの約3.7周期に相当し、数値計算の結果とよく一致している。FELパルスのエネルギーは100$$mu$$Jに達した。2次のオートコリレーションによるパルス幅の計測には厚さ2mmのTe結晶を用いた。光共振器長と電子バンチ繰り返しの同期をずらしていくとサブパルスが現れてくるが、このサブパルスの現れ方も計算結果とよく一致していた。

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