■マスタープラン2014 & 放射光光源将来計画討論会報告
ERL 計画およびコンパクト ERL の現状
河田洋(高エネルギー加速器研究機構，ERL 計画推進室）

ERL （エネルギー回収型リニアック）計画は， 2005 年

ジェンダ及び答申内容は以下のサイトを御参照いただきたに KEK の物質構造科学研究所の運営会議のもと「フォトい。http://pfwww.kek.jp/ERLoffice/detabase/ERL_AC/

ンファクトリー次期光源検討委員会」で国内の関係研究者

ERL_iac3gev/index.htmlの議論を経て決定された次期放射光源計画である。その光一方， ERL の技術開発は， cERL を建設することによ源の特徴は「汎用性と先端性，連続性と飛躍」と言う言葉り，その開発のためのプラートホームを形成して来た。歴から理解できるように，デイリーツールとしての放射光源

史的には， ERL 推進室発足後，まず開発基地の確立のたと同時にコヒーレント超短パルス放射光を実現し，放射めに cERL を検討し，2008年 2 月にその CDR を作成した

光科学の飛躍を目指す光源である。

（ http: // www-lib.kek.jp / cgi-bin / kiss _ prepri.v8?KN ＝

その後 2006 年 4 月， KEK 内に ERL 計画推進室が設置

200724007&OF ＝8 ）。その後，KEK の機構内予算，及びされ，ERL 加速器の開発研究が，KEK のみならず JAEA補正予算で部分的な開発を開始し， 2010 年 4 月に「 ERLや東大物性研等の 9 つの研究組織にまたがった研究者集

評 価 専 門 委 員 会 」 で 評 価 頂 き （ http: // pfwww.kek.jp /団からなる 協力チーム によって進 められてい る。現在

ERLoffice/erl_hyouka /index.html），2012 年度末に cERL

KEK における ERL 計画に寄与する人員の FTE （常勤換の電子ビーム運転を目標にして，その建設を開始した。途算）は21名に達し，十分に充足しているとは言えないが，中に東日本大震災等の開発の中断時期もあったが， 2013

KEKB, J PARC, LINAC ，についで 4 番目の開発集団に

年 4 月に cERL の入射部電子ビーム評価運転を開始し，まで 成 長し て きて い る。 今 年 度の 4 月 に 評価 を 受 けた

放 射線施設検 査に合格 する（ http: // imss.kek.jp / news /「KEK ロードマップ」の中には「コンパクト ERL により2013/topics/0529cERL/index.html）と同時に入射部の電ERL の加速器技術を実証する。これにより ERL が新たな子ビーム調整運転とその評価を開始している。

研究分野を開拓する光源であることを示して， 3 GeV cERL の目的は， 3 GeV ERL 光源実機に向けて，高輝ERL 建設開始を目指す。」と言う文言が明記されるに至っ

度光発生に必要な低エミッタンスかつ大電流の電子ビームの生成，加速，周回の実証を第 1 の目的とし，そのためている。

ERL は，超伝導加速器をベースにした大電流 CW 入射の ERL コンポーネント（電子銃，超伝導空洞）の開発と器を心臓部として，超高輝度（17 pmrad を目標），短パルそれらの安定な運転の実現を目指している。当面の目標は，

ス X 線（ 0.1 ～ 1 ピコ秒）の電子ビームを周回させ，放射35 MeV の加速エネルギーで規格化エミッタンス 1 mm

光を発生させ，そのエネルギーを回収すると同時に次のmrad ＠ 7.7 pC / bunch （ 10 mA ）である。 4 月から開始さエネルギーの低い電子の加速を実現するものである。 3れた入射部調整では順調に高輝度電子銃の運転，入射部超GeVERL の Conceptual Design Report (CDR) は2012年

伝導空洞の運転を実現し，一週間のうちに無事に施設検査

度の KEK レポートとして出版し， http: //pfwww.kek.jp /を受けるに十分な加速器性能を確立した。施設検査後，高ERLoffice / detabase / ERL _ CDR _ full _ text.pdf のサイトか

輝度電子銃，超伝導空洞，バンチャー空洞，冷凍機，電磁らダウンロードできる。また，3 GeV ERL は将来の発展石，モニター，コリメータ等の評価を行うとともに，ビーとして 1 MHz 程度の高い繰り返しによる共振器型の自由ム調整法の確立，そしてエミッタンス，バンチ長，エネル電子レーザー（XFELO）をも射程にいれた計画である。

ギー拡がりという重要なビーム品質の測定を行ってきていユーザーの方々に馴染みが深い放射光の輝度で言うならば，る。詳細は加速器学会をはじめとする関係学会で報告する

ERL は1022 (Photons/s/mrad2/mm2/0.1b.w.），XFEL

が，例えば微小バンチ電荷に電子ビームのエミッタンスはO は 1027 程度を目標としており，正に飛躍を現実とする理論的に予測される限界値を実現していることを検証する光源である。このような光を用いて，従来の放射光科学がと同時にバンチ電荷を増大させたときのエミッタンス測定主に展開してきている「Static and homogeneous systems」も開始している。また，各加速器要素はほぼ，それらの性の物質科学から「Dynamic and heterogeneous systems」

能を確認すると同時に，それらのコントロールソフトウエへの物質科学への更なる広がりを約束しようとするものでアーの充実を同時進行で進めている。

ある。この CDR をもとに，昨年の 7 月に 3 GeV ERL 計

6 月 1 日の討論会でも今後の予定として報告したが，7画における国際諮問委員会を開催し，加速器技術及びサイ月に入り，夏のシャットダウンとなり，周回部のマグネッエンスケースに関して助言をいただいている。委員会のアト，真空ダクト，モニター等の設置作業が現場では開始さ238 ● 放射光 July 2013 Vol.26 No.4
(C) 2013 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research

■ 討論会報告れた。 10 月末までに周回部の建設作業を終了し，いよいによって，この問題は一歩ずつ解決していくことを目指し

よ，11 から12 月にかけて，ERL としての周回運転のコミている。

ッショニングを開始し，今年度中に放射線の施設検査に合2 )の問題に関しては，何より重要なことは現在導入し格し精力的な調整運転を行う予定である。 2014 年度は順ている 2 台空洞を搭載した加速空洞で cERL の電子ビー次，電流値を段階的に増加させ，周回運転でも第 1 目標ム運転を行い，その経験から数々の問題点を洗い出すことである規格化エミッタンス 1 mmmrad＠7.7 pC/bunch のがまず重要である。その運転は今年度末に開始される。そ実現を目指す。また，cERL は単なる加速器の開発拠点だの上で，今後の開発項目としてフィールドエミッションフ

けではなく，特徴ある利用研究の拠点としても今後運転をリーを目指した超伝導空洞形状の更なる最適化と組立方法継続していくことを考えている。具体的に，一つはレーの改善，そして冷却空洞の性能回復手段としてヘリウムプ

ザー逆コンプトン散乱 X 線ビームラインを建設し，JAEAロセスの手法等の検討を現在開始している。また，HOMグループから提案されている核燃料評価の R&D や，広視吸収体の改善に関しては，現在のフェライトだけではなく，野とレーザー光共振器による高強度 X 線イメージング研

SiC 等の他材質を用いた吸収体の試作を検討している。こ究，そして準単色 X 線による 100 フェムト秒時間分解 X

れらの要素技術の開発を進めながら，多連化として最低限線実験を想定している。すでに，JAEA では補助金を獲得必要となる 4 台空洞を搭載したモジュールの設計と実現し，また続いて他の競争的資金の目処も立ちビームラインを計画している。また量産体制の構築に関しては， KEKの建設は 2014 年度に行うことが決まっている。二つ目は内の設備を最適化することで実現する具体的な検討が開始コヒーレントテラヘルツ放射光を用いた高速ダイナミクスされた。

研究である。こちらもすでに競争的資金の目処が立ち，3 )の問題に関しては，いずれも重要な開発項目である2015 年度にビームラインを建設し，研究拠点を構築するが，cERL の運転の中で段階的に開発していく項目と考え予定である。ている。

上記のように， cERL を用いて一歩ずつ ERL の加速器以上をまとめると，今後 cERL を用いて電流増強を図要素の開発を行える状況となってきている。この cERLりつつ，現在の加速器要素の問題点を洗い出す作業を行を用いて，最終ゴールである 3 GeVERL の要素開発の更う。フォトカソード開発に関しては国内の開発拠点を構築なる R&D は必須である。R&D 項目として，すると同時にコーネルをはじめとする国際的な協力関係の

1)

電子銃の開発研究，特にフォトカソード材質，持続性，エミッタンスの実現。

2)下に開発研究を進める。超伝導空洞に関しては，フィールドエミッションフリーを目指した要素開発を行いつつ，4超伝導加速器空洞の開発研究，特に主加速空洞に台空洞を搭載したモジュールの設計とその実現を図る。そおけるフィールドエミッションフリー化，HOM 吸収

れらの技術要素は cERL に導入し性能を評価すると同時体開発，空洞多連化，そして大量生産化への見通し。に，利用研究であるレーザー逆コンプトン散乱実験やコ3)

ビームダイナミックスに関する研究，特にビームヒーレント THz 利用実験にも供される。現在の見通しとハロー，ビーム安定性，放射線安全性の確立が挙げらしては 2014 年度から 2017 年度までの 4 年間で上記の技術れる。

的な目処を立てて，2017 年度末に技術設計書（Technical

特に 1 )の問題は非常に重要である。 KEK, JAEA をはじめとする我々の開発では，DC 電子銃にとって重要な世Design Report）を作成することを目標としている。
放射光学会が取りまとめた学術会議のマスタープランの界的な開発要素であった500 kV の安定印加に関して，分骨子は，割型セラミックダクトを導入することですでに目処を立て1)ている。世界の施設（コーネル，ジェファーソン，IHEP）
は，この技術の導入を開始している。一方，コーネルは，近年，精力的に新しいフォトカソード開発を開始し，従来3 GeV クラスの第 3 世代放射光源を第 1 優先で実現。

2)

その 次の 段階で X 線回 折限 界放射 光源 である ，ERL もしくは SPring-8 II の実現を目指す。の GaAs から CsK2Sb ， Cs3Sb 等のアルカリカソードのであるが，このスケジュールと整合性があるように，回折進展が報告されている。すでに 70 mA を超える電子ビー限界放射光源計画の一つとして着実に開発を進めていきた

ムの生成と 60 mA で 30 時間程度のライフタイムが報告さい。すなわち，ERL 推進室として ERL の開発研究を今後れている。我々も，広島大学の研究グループとの協力のもも続行し，cERL の運転を通してその性能をブラッシュアと，マルチアルカリカソードの評価テストと，cERL へップしていくことを考えている。放射光ユーザーの皆様のの導入の検討を開始している。このような地道な開発研究ご支援を賜われれば幸いである。

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