中部シンクロトロン光利用施設（仮称）計画
高嶋圭史1,2，加藤政博3,1，渡邉信久1,2，保坂将人1,2，
竹田美和1,2，山根隆2，曽田一雄2

1 名古屋大学小型シンクロトロン光研究センター

要旨〒4648603 名古屋市千種区不老町

2 名古屋大学大学院工学研究科〒4648603 名古屋市千種区不老町

3 分子科学研究所極端紫外光研究施設〒4448585 岡崎市明大寺町字西郷中38

名古屋大学では，平成 3 年より X 線利用を主な目的とした比較的小型のシンクロトロン光施設建設の計画を進めてきた。平成15年からは，愛知県の進める「知の拠点」計画の主要施設の一つとして，愛知県や中部地区の大学，研究所，産業界と協力して計画の具体化のために検討を行っている。これまでの計画の経緯や，予定している光源加速器，
ビームラインについて報告する。

1. はじめにことを利用して，たとえば試行錯誤を繰り返しながらの長期的研究開発が可能な柔軟性のある利用方法や運営体制

名古屋大学のシンクロトロン光施設建設計画は，平成 3の可能性を検討してきた。ソフト面を充実させることは，

年に築島隆繁先生，原田仁平先生，早川幸男学長（当時）

従来シンクロトロン光が使用されてきた先端的研究だけで間で検討を開始されたことが事の始まりである1)。その後なく，産業界との連携を進め，潜在的なユーザーを掘り起

平成 6 年 1 月に水谷宇一郎先生と本稿の著者の一人であこし，利用者と利用分野を広げることに繋がる。

る竹田の二人を世話人として NSSR (Nagoya University

一方，愛知県では，地域の科学技術振興策としての「科Small Synchrotron Radiation Facility) 設置促進委員会が学技術交流センター」構想の強化のため，平成 15 年に行発足した。名古屋大学のシンクロトロン光ユーザーには工われた構想の見直しに際して，シンクロトロン光施設を構学研究科所属の方が多いこともあり，当初より，硬 X 線

想の目玉として導入することの検討を開始した。この結が使える小型のシンクロトロン光施設によって，工学産

果，次世代ものづくり技術の創造発信を図る「知の拠点」

業への応用を促進することを表明していた。この計画は，計画として，ナノテクノロジー， IT ，バイオテクノロ

さらに，シンクロトロン光施設を中心として，周辺装置やジーを基盤技術とした研究開発応用への取り組みへと展

研究実験支援までを含む「光科学ナノファクトリー」構開してきた。名古屋大学が提案してきた光科学ナノファク

想へと発展してきた。

トリー構想は，これらの分野に多角的な計測分析データを

光科学ナノファクトリー構想は，「ものづくり」を念頭提供できるものであり，産業界からの要望に応える地域共に置いた計測分析拠点として，シンクロトロン光施設を同利用施設として，「知の拠点」に最適な施設として期待中心に周辺装置，支援組織，産学連携組織を備えた施設のされている。このため，現在，愛知県，産業界，大学，研実現を目指している。その中で光源加速器には最先端の性究機関が連携してシンクロトロン光施設計画実現のための能を求めるというよりも，むしろビームラインの配置やエ活動を行っている。

ンドステーションとその周辺装置に大きな特徴を持った施

今年 4 月には名古屋大学に全学附属施設としての「小設として計画をすすめてきた。すなわち，クリーンルーム型シンクロトロン光研究センター」が発足した1) 。センや，ガス雰囲気中有機溶媒中電磁場環境中などの実使

ターは，光源部門，ビームライン部門，分析計測部門で用環境下にある試料の測定や観察を行うための周辺装置や構成されており，産学行政の連携施設としての「中部設備を建設当初より備えること， SEM, TEM, X 線装置

シンクロトロン光利用施設（仮称）」の設計建設及び運等の各種高レベルの分析装置を配置することで通常の実験

営において，学術と技術面を中心に，指導的な役割を担室ではできないレベルの多面的な計測や分析を行い，一連う。また，名古屋大学をはじめ東海地区の厚いユーザー層の研究がこの施設内で完結できることを想定していた。まが自らの研究を加速度的に展開するとともに新規ユーザー

た，ハード面だけでなくソフト面についても，小型であるや産業界への学術的技術的支援を行う予定である。

10 ● 放射光 Jan. 2008 Vol.21 No.1
(C) 2008 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research

トピックス ■ 中部シンクロトロン光利用施設（仮称）計画

2. 光源加速器

 については，既存施設の質の光を供給するためである。

の加速器研究者の協力を得ながら最新の加速器技術を導入

2.1

概要

するものの，基本的には，実績のある技術を中心にして，

現在ほとんどのシンクロトロン光源用電子蓄積リングで開発的要素を極力抑え，建設及び立ち上げ調整を短期間では常伝導の電磁石が使用され，その典型的な磁場強度はお終了し，可能な限り早く定常運転を開始するためである。

よそ 1 T （テスラ）である。このため 10 keV を超えるよ については，建設期，初期運転期にはできるだけまた，

うな硬 X 線領域で十分な強度のシンクロトロン光を生成

多数の加速器研究者技術者の参加を求めるが，その後のするには，2.5 GeV 程度以上の電子エネルギーが必要とな

定常運転期は，比較的小さな組織で運転維持管理できるよる。このような高エネルギーの加速器は必然的に周長が長う，設計段階から配慮するべきであると考えた。このたくなり，建設コストも高額になる。実際，日本国内においめ，加速器制御システムは汎用的なものを導入するとともて多数のシンクロトロン光源が稼動している現在でも 10に，運転の自動化を建設後の早い段階で進めていく。また，keV 超の X 線を十分な強度で多数のビームラインに供給

 および
 とも関係することであるが，定常の運転状態でできる施設は， SPring-8 と Photon Factory の 2 つの施設のランニングコストを抑えるため電子エネルギーは比較的に過ぎない。シンクロトロン光利用者の大半は X 線を利低い値とし，蓄積リングとブースターシンクロトロンの電用するといわれており，中部シンクロトロン光利用施設に

磁石数，電磁石形状の最適化を行って電磁石で消費する電関するアンケート調査の結果でも X 線領域での利用者が力を抑える。

65 以上ある。このため，電子エネルギーを比較的低く

上記のような考え方をもとに設計した加速器の主要パラ抑えながら10 keV 超の X 線の利用を可能にするため，以メタを Table 1 に，また，加速器及び実験ホールの配置案

下に述べるように蓄積リングの偏向電磁石の一部を超伝導を Fig. 1 に示す。最大の特徴は蓄積リングの全12 台の偏向電磁石とする。この方法は，ローレンスバークレー研究所

電 磁 石中 4 台 を 超 伝導 と して い る点 に ある 。 こ れに よの Advanced Light Source に導入されているが2)，中部シ

り，小型低エネルギーでありながら10 keV 超の X 線を

ンクロトロン光利用施設のように周長の短い小型リングに10 本以上のビームラインに供給できるようになっておおいて，多数の X 線ビームラインを引き出す方法としてり，大型施設並みの X 線発生能力を備えている。蓄積リ有効であるため採用した。

ングは，ビームエネルギー 1.2 GeV ，周長 62.4 m ，エミッ

中部シンクロトロン光利用施設は，大学や研究所での研タンス53 nm-rad であり，計 4 本の直線部を有する。直線究教育だけでなく産業界との連携を目指した施設であ部長は約 2.8 m であり， 1 箇所はビーム入射， 1 箇所は高る。その中核の光源加速器の設計にあたっては以下の点を周波加速，残り 2 箇所は挿入光源に利用する。ビーム計

考慮している。


地域の中核施設として適正規模であること



コストパフォーマンスに優れていること

10 keV 以上の X 線を10本以上のビームラインに供給できること

挿入光源を設置可能であること



トップアップ入射による一定電流運転が可能であること

既存の技術で無理なく実現可能であること



運転維持管理が容易であること

 については，具体的にどの程度を適正規模というのか，判断は分かれるところであるが，全国共同利用施設である高エネルギー加速器研究機構の Photon Factory （周長187 m ）と比べて十分に小さいことをひとつの目安とした。すなわち周長 50 m を大幅に上回らないことを目標と
 については，中部地区のシンクロトロン光の需要した。
 は，極紫外軟 X
が X 線領域に多いことを考慮した。

線領域での高輝度光の需要，あるいは，より短波長の X線の要求に応えるためにアンジュレータや超伝導ウィグラ
 は，既の導入の余地を残しておく，というものである。

に一部の先進的なシンクロトロン光施設で導入されている
トップアップ運転を比較的早い段階から導入し，常に一定

Table 1Main parameters of accelerators

電子蓄積リング
蓄積電子エネルギー

1.2 GeV

蓄積電流
周長300 mA 以上

加速周波数
自然エミッタンス

500 MHz

ラティス構成直線部

Triple Bend セル 4 回対称
2.8 m×4

62.4 m偏向電磁石
常伝導偏向電磁石（1.4 T） 偏向角39°×8 台
偏向角12°
×4 台
超伝導偏向電磁石（5 T）
53 nm-rad入射器
1.2 GeV ブースターシンクロトロン
電子エネルギー
1.2 GeV

偏向電磁石磁場
周長

1.1 T

加速周波数

500 MHz

加速繰り返し1 Hz

38.4 mライナック
電子エネルギー
パルス幅

50 MeV

加速繰り返し1 Hz

1 msec

放射光 Jan. 2008 Vol.21 No.1 ● 11

Fig. 1

Layout of accelerators and beamlines.

Fig. 2(a)Layout of storage ring.

測用の機器もこれらの直線部に分散して配置する。実験
ホールに隣接する建物内にフルエネルギーの入射器を設置する。運転の容易さを考慮し入射器はブースターシンクロ
トロンとする。トップアップ運転の導入に備え，ブース
ターシンクロトロンのエネルギーは1.2 GeV のフルエネル
ギーとする。蓄積リングへの入射をフルエネルギーで行うことは，蓄積リングでの加速を避けることにより，初期のFig. 2(b)Layout of a cell of storage ring.

立ち上げ調整が容易になるという利点もある。前段入射器
はエネルギー50 MeV のライナックとする。ブースターシ
ンクロトロンとライナックを納める入射器室の床面は，蓄の品質や，挿入光源やビームラインなどの配置を決定づけ

積リングを設置する実験ホールの床面よりも 3 m ほど低るものであり，加速器を検討する上で最も基本的な部分でい半地下とし，入射路がビームライン設置の妨げにならなある。電子蓄積リングのラティスは，通常，ある基本構造

いように計画している。これは放射線防護の面からも有用を繰り返すことで構成され，この基本構造はセルと呼ばれである。

Fig. 1 に示すように蓄積リング及び実験ホールはおよそる。シンクロトロン光源で広く用いられているセルには

Double Bend Achromat (DBA) セルあるいは Triple Bend

81 m ×66 m の建物内に配置している。実験エリアの外側

Achromat ( TBA ) セルなどがある。一般にセルの数を増に加速器コントロール室や試料準備室，クリーンルームな

やすとエミッタンスを小さくすることができるため，いわどを配置し，一部クリーンルームにはシンクロトロン光をゆる第 3 世代シンクロトロン光源の多くでは比較的電子直接導くこととしている。電磁石電源類など加速器運転用

ビームのエネルギーが低いものでもセル数は 10 以上とな

機器は蓄積リング内側の空間に設置する。受電設備，冷却っている。一方で，セル数が多くなると蓄積リングの周長

水設備，空調設備なども同じ建物内に設置する。

が長くなり建設コストが上がる。
本施設では，Triple Bend すなわち偏向電磁石 3 台を含

2.2

電子蓄積リング

むセルを 4 回繰り返すことで蓄積リングを構成すること

電子蓄積リングの機器配置を Fig. 2 (a )(b )に，主要パラとした。通常は各偏向電磁石の偏向角は同じにするが，本メータを Table 2 に示す。この蓄積リングでは超伝導電磁計画では 3 つの偏向電磁石の中央のものを超伝導電磁石

石，常伝導電磁石，さらに 2 台の挿入光源が実装される。

とし，それ以外を常伝導電磁石とする。

Fig. 2 ( b )において， QF および QD はそれぞれ電子ビーム，超伝
電磁石 1 台あたりの偏向角は常伝導電磁石で39 °を 収 束 さ せ る た め の 4 極 電 磁 石 （ Focusing Quadrupoleと異なる値にしてある。これは超伝導電磁導電磁石で12 °magnet ） と 発 散 さ せ る た め の 4 極 電 磁 石 （ Defocusing

石について実績重視で設計した結果得られた偏向角を採用

Quadrupole magnet）を示している。また S は 6 極電磁石したためである。このラティス案では合計 4 台の超伝導（ Sextupole magnet ）である。数字を付けているのは磁場

偏向電磁石が設置される。後述するように 1 つの超伝導の強さの違う電磁石を区別するためである。

偏向電磁石からは 3 本のビームラインに光を取り出すこ

加速器の電磁石配列（ラティス）の設計は，電子ビーム

12 ● 放射光 Jan. 2008 Vol.21 No.1とが可能であるため，合計では最大 12 本の X 線ビームラ

トピックス ■ 中部シンクロトロン光利用施設（仮称）計画

Table 2

Parameters of storage ring
低エミッタンスモード

ビームエネルギー
周長
蓄積電流
エミッタンス中エミッタンスモード

1.2 GeV62.4 m＞300 mA

エネルギー広がり53 nm-rad
8.41×10－4

97 nm-radラティス構造挿入光源用直線部

Triple bend セル 4 回対称
2.8 m×1 本，2.48 m×1 本

ベータトロン振動数
モーメンタムコンパクションファクター（4.72, 3.23）（4.72, 3.23）

0.022

0.023

放射損失

86.2 keV/turn

周回周波数
RF 周波数

4.804 MHzハーモニック数
RF 電圧

104500 MHzRF バケットハイト

500 kV
0.926

ダンピングタイム（bx, by, hx)＠直線部（bx, by, hx）最大値（5.80, 5.79, 2.90) msec
（29.9, 3.20, 1.2) m（29.9, 10.5, 1.2) m（26.6, 3.49, 0.7) m（26.7, 11.0, 0.7) m

インが建設可能となる。
さらに数多くの偏向電磁石を超伝導とすることも可能であり，その場合にはさらに数多くの X 線ビームラインが建設できることになる。しかし，この場合，放射損失による電子ビームのエネルギー低下が非常に大きくなり，それを補償するための高周波加速系の能力を高める必要がある
が，これは建設コストの増大をもたらす。また，超伝導電磁石の増加そのものも建設コストを押し上げる。あるいは，セル数を増やすことでエミッタンスはさらに小さくできるが，周長が大きくなるため建設コストは増大する。今回採用した 4 セル案は，最小限の建設コストで必要十分な X 線ビームライン数を確保するように最適化されたと考えている。
蓄積リングの光学関数を Fig. 3 に示す。Fig. 3 ( a )は水平
および垂直方向のベータ関数の平方根であり，Fig. 3(b)はエネルギー分散関数である。それぞれ蓄積リングの 4 分の 1 周における値を示している。ベータ関数の平方根はFig. 3

Optical functions of 1/4 of storage ring. Panel (a) shows thesquare root of the horizontal (solid line) and the vertical(dashed line) beta functions. Panel (b) shows the horizontal
dispersion function.

蓄積リング内を周回している電子の広がりに比例する量であり，超伝導偏向電磁石（Superbend）の位置で水平方向のベータ関数の平方根が他の部分に比べ小さくなるように

ロマートな条件を破ることで低エミッタンス化を図る場合

調整している。これは，電子の水平方向の広がりを抑えるが増えている。中部シンクロトロン光利用施設における蓄ことで超伝導偏向電磁石の電子ビームへの悪影響を抑える

積リングのラティス設計でも，限られた周長セル数の制ためである。Fig. 3(b)のエネルギー分散関数は，蓄積リン約のもとで可能な限りエミッタンスを小さくするために直グ内を周回している電子のエネルギーの相対的なずれに対線部のエネルギー分散を消去しないラティスを採用していする水平方向の位置のずれを表す量である。 1980 年代にる。直線部のエネルギー分散を1.2 m と大きく取り，エミ建設された第 2 世代光源， 90 年代の第 3 世代光源では直ッタンスを最小にした低エミッタンスラティスと，直線部

線部のエネルギー分散を消去した，いわゆるアクロマートの分散を0.7 m と比較的小さくした中エミッタンスラティ

ラティスが広く採用されているが， 2000 年代に入り建設スを用意している。後者は直線部のエネルギー分散が大きが進められている，いわゆる新第 3 世代光源では，アクいことが何らかの形で光源性能に影響を与える場合のため

放射光 Jan. 2008 Vol.21 No.1 ● 13

Fig. 4Flux of synchrotron radiation from bending magnets andwigglers. (Ib＝300 mA)

Table 3Fig. 5Brilliance of synchrotron radiation from an undulator. (Ib＝300 mA)

Parameter of variably-polarizing undulator

Table 4Main parameters of a superbend

磁石列方式

APPLE
II 型

鉄心形式

周期長

60 mm

ギャップピーク磁場

周期数
残留磁束密度33（1.2 GeV）
12°

磁石ブロック
最小磁極間隙x: 40 mm, y: 60 mm

偏向角
コイル電流密度（オーバーオール）電流

150 A
NbTi/Cu

Max. K Parameter

1.36 T
28 mm
2.90（Hor.）1.65（Ver.）
1.43（Hel.）に用意した。 Table 2 には中エミッタンスモードでの蓄積
リングのパラメータも示している。
超伝導および常伝導偏向電磁石からのシンクロトロン光

超伝導線
鉄心材料

C型
5 T 以上127 A/mm2

SUY（電磁軟鉄）

ウォームボアギャップ

50 mm

鉄心ポールギャップポール形状（ビーム方向，水平方向）
外形寸法（軸方向，高さ，幅）

80 mm（70 mm, 180 mm）

全体重量
GM 方式小型冷凍機

3500 kg
45 W (50 K), 1.5 W (4.2 K)（840 mm, 2000 mm, 1136 mm）のスペクトルを Fig. 4 に示す。超伝導電磁石からのシンク
ロトロン光は臨界エネルギー 4.8 keV であり 10 keV 以上の X 線も十分な強度で利用できる。一方，常伝導偏向電磁石からのシンクロトロン光はミリ波テラヘルツ波から

5 keV 程度の軟 X 線にいたる領域で十分な強度を持つ。
挿入光源として 7 T あるいは 10 T 程度の超伝導ウィグラを導入することで 30 keV 以上のより高エネルギー短波長の X 線を生成することもできる。また，適切な周期長のアンジュレータを設置することで，真空紫外から軟 X
線の領域で高輝度シンクロトロン光を発生することができる。アンジュレータのパラメタ案およびスペクトルをそれ
ぞれ Table 3 および Fig. 5 に示す。
Fig. 6

2.3

Layout of superconducting bending magnet.

超伝導偏向電磁石

小型でありながら X 線領域のシンクロトロン光を発生させるため 5 T 超伝導偏向電磁石を蓄積リングの偏向電

在の案を Table 4 及び Fig. 6 に示す。

磁石の一部に使用する。3本のビームラインを設置する場

加速器用電磁石では 7 T 程度のものが超伝導ウィグラのうち，電合，超伝導偏向電磁石内での電子の偏向角12 °として稼動実績があるようであり， 10 T のものも蓄積リの位置からのシンクロトロン光を子の偏向角が 3 °
, 6°
, 9°

ングに組み込んでテストが行われている3)。しかし，超伝取り出す。超伝導偏向電磁石の詳細は検討中であるが，現導偏向電磁石は蓄積リングの運転に必須の偏向電磁石の一

14 ● 放射光 Jan. 2008 Vol.21 No.1

トピックス ■ 中部シンクロトロン光利用施設（仮称）計画部であり，これが正常に機能しないと加速器の運転自体が超伝導偏向電磁石の磁場強度を電子ビームの進行方向に停止してしまうことを考慮し，安定に稼動している実績の対してプロットしたものが Fig. 7 である。磁場強度はピーある 5 T を磁場強度として選択した。

ク部分で 5 T である。シンクロトロン光の取り出し角度

超伝導偏向電磁石のサイズは，磁場の染みだしを防ぐためのフィールドクランプを含めたビーム進行方向の長さが840 mm ，幅 1136 mm ，高さ 2000 mm である。鉄心形状

および 9 °の位置はピーク部分より約 45 mm 離れている
3°が，磁場強度は4.3 T 以上である。

Fig. 8 に超伝導偏向電磁石からの放射光取り出しポート

は，真空ダクトのベーキング，真空ダクトもしくは電磁石と通常の偏向
案を示す。超伝導偏向電磁石の偏向角は 12°の交換の可能性を考慮して C 型とする。冷却には，コス電磁石よりも小さく，ここから 3 本のビームラインを取トとメンテナンス性を考えて小型冷凍機を使用し，それぞり出すためには，下流にある電磁石との干渉を避けて放射れの超伝導電磁石に 1 台ずつ配置する。冷凍機は 2 ス

光取り出しの基幹部を作製する必要がある。

テージタイプとし，第 1 ステージで熱シールドの冷却，

超伝導偏向電磁石による 6 極磁場成分の大きさは，3 次

第 2 ステージで液体ヘリウムの蒸発ガスを冷却する。液元磁場計算によるシミュレーションの結果より， B ″L ＝体ヘリウムタンクをクライオスタット内に配置し，伝熱板

29.8 T /m である。これは蓄積リングに配置予定の 6 極電を介してコイルを冷却する。冷凍機の故障や停電時でも，磁石により十分に補正可能な値である。また，6 極成分補液体ヘリウムを定期的に補充することによって運転が可能

正後のダイナミックアパーチャーは Fig. 9 に示すとおり，な構成とする。数程度予想される磁場強度の個体差は個入射蓄積に十分な大きさが得られている。

別電源励磁とすることで対処する予定であり，磁場測定の精度で補正が可能である。

Fig. 9Fig. 7

Magnetic ˆeld of superbend along beam axis.

Fig. 8

Dynamic aperture after chromaticity correction. Red line
shows the aperture for electrons with designed energy. Blueand green lines show the apertures for the electrons with theenergy spread of ±10 sE.

Channel from superbend.

放射光 Jan. 2008 Vol.21 No.1 ● 15

Table 5

Parameters of booster synchrotron and linac

ブースターシンクロトロン
ビームエネルギー

Fig. 10

2.4

Layout of booster synchrotron and linac.

入射器

入射はフルエネルギー，すなわち蓄積リングの運転エネ
ルギーにまで加速された電子ビームを直接入射するものとする。蓄積リングでのビーム加速が不要となることから，
立上調整の時間の短縮が期待できる。また，いわゆるトッ
プアップ入射が可能となる。トップアップ運転は，入射を1.2 GeV

偏向電磁石磁場強度（1.2 GeV）

1.1 T

周長
RF 周波数

38.4 m繰り返し

1 Hz

入射エネルギー

50 MeV

500 MHz最大エネルギー

1.2 GeV

ベータトロン振動数（H, V）
モーメンタムコンパクションファクター（2.25, 1.25）

エミッタンス（1.2 GeV）
エネルギー広がり（1.2 GeV）

688 nm-rad
5.01×10－ 4

RF 周波数500 MHzハーモニック数RF 電圧64放射損失（1.2 GeV）

51.9 keV/turn
0.39

RF バケットハイト（1.2 GeV）
電流

ライナック
ビームエネルギー

0.2265500 kV

20 mA
50 MeV
100 mA

頻繁に繰り返すことで蓄積ビーム電流値を概ね一定に保つ

電流
繰り返し

技術であり，既にいくつかのシンクロトロン光源で導入さRF 周波数エネルギー広がり
規格化エミッタンス

2856 MHz～ 1
25×10－6 m-rad

パルス長～1 msec

れている加速器技術である。従来は数時間ないし数 10 時
間ごとに数 10 分程度かけてビームを入射していたが，トップアップ運転では，数分毎にごく短い時間入射を行うこ

1 Hzとで，入射による利用実験の中断を最小限にし，また，蓄積ビーム電流を概ね一定に保つことでビームライン光学系の安定性を高め，常に同じ質で安定な光を供給できるため実験結果の解析精度も飛躍的に高めることができる。

ロンへの前段加速を行う。加速エネルギーはブースターシ
ンクロトロンが十分に安定に動作できる 50 MeV を選ん

入射器には運転の容易さを考慮し，1.2 GeV のシンクロだ。加速の主周波数は，多くのライナックに用いられ要素

トロンを採用する。シンクロトロンの RF 周波数は蓄積リ技術が確立されている S バンドと呼ばれる 2856 MHz をングと同じ 500 MHz とする。前段入射器は 50 MeV のラ用いる。また，グリッドパルサーを用いることでブース

イナックとする。ライナックはシンクロトロンへのシング

ターシンクロトロンへの電子ビームのシングルバンチ入射

ルバンチ入射が可能なものとする。50 MeV の電子エネルが可能である。

ギーを1.2 GeV まで加速するためブースターシンクロトロ
ンを用いる。ブースターシンクロトロン及びライナックの3. ビームライン

機器配置を Fig. 10 に，主要パラメタを Table 5 に示す。
ブースターシンクロトロンは可能な限りコンパクトにす

中部シンクロトロン光利用施設は，工業材料評価や試験ることを目標に設計した。ラティスは，収束 4 極電磁石研究といった産業界の利用を重視しており，その実現のたと発散 4 極電磁石を，偏向電磁石を挟んで交互に配置しめ，当初から建設整備されるビームラインとして Table

た，いわゆる FODO セルである。なお，高周波加速空6 に示す 6 本が検討されている。これらのうち硬 X 線を胴，入射用のパルス電磁石群を設置するためのスペースと利用するビームラインは超伝導偏向電磁石ビームラインにして，収束 4 極電磁石（QF ）のセクションに 1 m 程度の設置される。

フリースペースを計 6 箇所設けてある。高周波加速空胴 1

表中 1, 2, 3 のビームラインは20 keV （ウイグラにより台，入射用セプタム電磁石，出射用セプタム電磁石，入射さらに高エネルギーをカバーすることも計画されている）

用キッカー電磁石 3 台，出射用高速キッカー電磁石 1から低エネルギーのすべての元素をカバーできる XAFS

台，さらにスクリーンモニタ 3 台，ビーム電流モニタ 1

測定ラインを揃えるものである。これにより，工業材料で台，チューンモニタ用 RFKO 装置及びストリップライン

軽元素材料が重要性を増してきている現状に対応すること型ビーム信号検出器を 1 台ずつ設置する。

ができる。また，光電子分光も様々な材料開発において重ライナックは電子ビームを生成しブースターシンクロト

16 ● 放射光 Jan. 2008 Vol.21 No.1

要性が増しており，アンジュレータラインとして設置すトピックス ■ 中部シンクロトロン光利用施設（仮称）計画

Table 6Beamlines for an early phase

ビームライン名

測定手法

エネルギー範囲

光

材料化学状態構造分析
材料化学状態構造分析

硬 X 線 XAFS
軟 X 線 XAFS

520 keV
1
6 keV

Superbend

CM, DXM, RFM

2.

Bending Magnet

CM, DXM, RFM

3.

材料化学状態構造分析

真空紫外分光光電子分光

0.03
1.5 keV

Undulator

VIAM

4.

有機高分子材料分析

小角散乱

520 keVSuperbend

TM, DXM

5.

総合材料評価
総合材料評価

X 線回折
蛍光 X 線分析

520 keV
520 keVSuperbend

VCM, SDXM, VRFM

Superbend

VFM, ASXM

1.

6.

源

予定される光学系

反射率測定
 CM: collimation mirror, DXM: plane 2 crystal monochromator, RFM: refocusing mirror, TM: toroidal mirror, VIAM: variable-included-angle Monk-Gillieson mounting monochromator, VCM: vertical collimating mirror, SDXM: sagittal focusing 2 crystal
monochromator, VRFM: vertical refocusing mirror, VFM: vertical focusing mirror, ASXM: asymmetric 1 crystal monochromator.

る計画である。有機高分子材料では小角散乱の有用性が4. まとめ急速に認識され他施設でも設置されてきているが，独自のカメラ長と小角/超小角/広角をカバーできる柔軟性の高い

名古屋大学が提唱してきた，小型シンクロトロン光施設

装置と広い実験スペースを用意する予定である。総合材料を中心とした「光科学ナノファクトリー」構想は，愛知県

評価ビームラインでは，平行性が高く波長可変の容易なの「知の拠点」計画と一体となり，中部シンクロトロン光

ビームラインと，非対称ヨハン型分光結晶を用いた微小集利用施設として実現されようとしている。「知の拠点」計

光で光束密度の高いビームラインを並列して設置し，か画予定地は，名古屋市の都心部から東へ約20 km に位置す

つ，使いやすいハード設計とソフトを用意する予定である。

る愛地球博の長久手会場に隣接しており，東部丘陵線

さらに，これらのビームラインでは測定環境を企業等で（リニモ）や東海環状自動車道により交通の便がよい場所の実際の開発環境に合せることを可能とすることが望まれである。中部シンクロトロン光利用施設は，愛知県の予定ており，様々なガス雰囲気中や温度圧力にも柔軟に対応している先導的中核施設とともに中部地区における計測

することが検討されている。

分析拠点として，大学や研究所における基礎的研究，教育

また，当初計画の 6 本の他，タンパク質結晶構造解析

はもとより，産業界における実用を目指した研究に対応で用ビームラインやナノ加工（LIGA）用ビームライン，赤きる施設として，早期に実現するための検討が進められて

外分析用ビームラインも段階的に整備される予定である。

いる。建設が決定した場合，その 4 年後には供用が始ま

さらに，特定の企業が自社専用のビームラインを建設してっているように整備を進めていく予定である。

使用することも可能であり，そのための運用の枠組みも検討中である。

謝辞

なお，シンクロトロン光施設は，愛知県が「知の拠点」

高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所の谷本計画において建設整備を予定している「科学技術交流セ

育律氏，宮内洋司氏，浅岡聖二氏には本計画の真空系，ンター（先導的中核施設）」に隣接する形で計画が検討さビームライン基幹部等の検討に際して非常に多くのご協力れており，先導的中核施設に整備される研究開発機器や研を頂いており，この場をお借りしてお礼申し上げます。愛究者との有機的な連携によって，大企業のみならず中堅

知県，産業界，科学技術交流財団，県内の大学等研究機関

中小企業の研究開発にも資することが期待されている。利の方々から構成される「小型シンクロトロン光利用施設」

用時間の配分についても，学術的価値の評価のみにかたよ具体化ワーキンググループのメンバーの方々には，計画のらず，企業の測定ニーズに柔軟に応じる高性能な汎用機器実現に向けて多くの困難な問題の解決に当たって頂くとととしての位置付けで対応される予定である。建設予定のもに有益なご助言を賜りここに深謝致します。また，高エビームラインについて，中部地区の産業界（愛知県が実施）

ネルギー加速器研究機構加速器研究施設の堀洋一郎氏，高と大学（名古屋大学小型シンクロトロン光研究センターが輝度光科学研究センターの佐々木茂樹氏，九州シンクロト実施）にアンケート調査を行い，ユーザーのニーズの把握

ロン光研究センターの江田茂氏，兵庫県立大学の内海裕一を行っている。産業界，大学ともに十分な利用ニーズが見氏，分子科学研究所の繁政英治氏には名古屋大学小型シン

こまれており，地域の中核的研究拠点として機能することクロトロン光研究センターの特任あるいは客員教員としてが期待される。

多くのご助言を頂きありがとうございます。最後に，これまで名古屋大学においてシンクロトロン光施設建設計画に携わって頂いた方々，現在も関わって頂いている多くの方

放射光 Jan. 2008 Vol.21 No.1 ● 17

参考文献々に感謝致します。特に小型シンクロトロン光研究セン
ター協力教員の方々には多大なご協力頂いており，心より感謝致します。

1)
2)

高嶋圭史放射光，Vol. 20, No. 3, 197 (2007).
D. Robin et al.: Nuclear Instruments and Methods in Physics
92 (2005).
Research A, 538, 65
3) K. Soutome et al.: Proceedings of the 2003 Particle Accelera252 (2003).
tor Conference, 250

● 著者紹介 ●
高嶋圭史

竹田美和

名古屋大学小型シンクロトロン光研究センター准教授
E-mail: takasima＠numse.nagoya-u.ac.jp
専門加速器［略歴］
1998 年 3 月広島 大学大 学院理学 研究科博 士課程修 了，博 士（理学）。1998年 名古屋大学工学研究科助手，1999年 分子科学
研究所助手，2003年 名古屋大学工学研究科助手を経て，2006
年 6 月より現職。

名古屋大学小型シンクロトロン光研究センター教授，センター長E-mail: takeda＠nnumse.nagoya-u.ac.jp
専門半導体材料学［略歴］
1977 年 3 月京都 大学大学 院工学 研究科博 士課程単 位取得退学，工学博士。 1977 年 4 月京都大学助手， 1986 年 11 月京都大学講師，助教授， 1991 年 4 月名古屋大学教授， 2007 年 4 月名
古屋大学小型シンクロトロン光研究センター長。

加藤政博
自然科学研究機構分子科学研究所極端紫外光研究施設教授
E-mail: mkatoh＠ims.ac.jp
専門加速器，ビーム物理学［略歴］
1986 年東京大学大学院理学系研究科物理学専門課程中退，理学博士。高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所助手，分子科学研究所助教授を経て，2004年より現職。2007年 6月現在，分子科学研究所分子制御レーザー開発研究センター教授（併任），総合研究大学院大学物理科学研究科教授（併任），名古屋大学大学院工学研究科客員教授，高エネルギー加速器研
究機構物質構造科学研究所客員教授。

渡邉信久
名古屋大学小型シンクロトロン光研究センター教授
E-mail: nobuhisa＠nagoya-u.jp
専門蛋白質結晶学［略歴］
1989 年 3 月筑波大学大学院博士課程物理学研究科修了。1989
年 4 月日本学術振興会特別研究員， 1990 年 1 月高エネルギー
物理学研究所放射光実験施設助手，1999 年 10 月北海道大学大学院理学研究科助教授。2007年 6 月より現職。

保坂将人
名古屋大学小型シンクロトロン光研究センター准教授
E-mail: m-hosaka＠nucl.nagoya-u.ac.jp
専門加速器［略歴］
1994 年東北大学理学研究科博士課程修了，博士（理学），分子科学研究所極端紫外光研究施設を経て2006年11月より現職。

18 ● 放射光 Jan. 2008 Vol.21 No.1

山根隆

名古屋大学大学院工学研究科教授
E-mail: yamane＠nubio.nagoya-u.ac.jp
専門構造生物学，タンパク質構造科学［略歴］
1972 年 8 月大阪大学大学院理学研究科博士課程中退，理学博士。 1972 年 9 月大阪大学助手， 1974 年 8 月名古屋大学助手，
1986年 7 月名古屋大学助教授，1996年 4 月より現職。

曽田一雄
名古屋大学大学院工学研究科教授
E-mail: j45880a＠nucc.cc.nagoya-u.ac.jp
専門光物性［略歴］
1982年名古屋大学大学院工学研究科博士課程修了，工学博士。
1982 年東京大学物性研究所軌道放射物性部門助手。 1991 年大阪府立大学工学部講師， 1994 年名古屋大学大学院工学研究科
助教授を経て現在，同教授。

トピックス ■ 中部シンクロトロン光利用施設（仮称）計画

Central Japan Synchrotron Radiation Research
Facility Project
Yoshifumi TAKASHIMA1,2, Masahiro KATOH3,1, Nobuhisa WATANABE1,2,
Yoshikazu TAKEDA1,2, Takashi YAMANE2,
Masahito HOSAKA1,2,
2
Kazuo SODA
1Synchrotron Radiation Research Center, Nagoya University, Furo-cho, Chikusaku, Nagoya 464
8603, Japan
2Graduate School of Engineering, Nagoya University, Furo-cho, Chikusaku, Nagoya 464
8603, Japan
3UVSOR, Institute for Molecular Science, 38 Nishigo-naka, Myodaiji, Okazaki 444
8585, Japan

Abstract Nagoya University has proposed a project of a new small synchrotron radiation facility for hard Xrays since 1991. The key equipment of the facility is a compact electron storage ring which can supply hard Xrays. The speciˆcations of the project are as follows: the energy of the stored electron beam is 1.2 GeV, thecircumference 62.4 m, and natural emittance 53 nm-rad. The conˆguration of the storage ring is based on the
triple bend cell with twelve bending magnets. Eight of them are normal conducting magnets of 1.4 T, whilefour of them are superconducting ones (superbends) of 5 T. The bending angle of the superbend is 12 degrees
and two or three hard X-ray beamlines can be constructed for each superbend. The electron beam is injectedfrom a booster synchrotron with the energy of 1.2 GeV as full energy injection for the top-up operation. A 50
MeV linac is used as an injector to the booster synchrotron. The project has now developed to ``Central Japan
Synchrotron Radiation Research Facility'' as the principal facility of the project of Aichi prefecture``Knowledge Hub'' to establish a new research center for technological innovation.

放射光 Jan. 2008 Vol.21 No.1 ● 19