July. 2010

高輝度光子ビーム源開発室
ニュース
Quantum Beam Technology Program supported by MEXT

4Vol.

Photo-cathode RF Gun
Super Conducting Accelerator

RF Gun Laser

Beam Dump

Super Cavity
X-ray Detector
Beam Dump© Rey.Hori

2011 年度から STF（超伝導リニアック試験施設）棟に建設する高輝度光子ビーム源実証実験セットアップ。
ビーム運転は 2012 年 1 月から開始する予定である。
高輝度光子ビーム源開発室ニュース Vol.4 をお送り致します。ニュース Vol.4 の記事として、米国ワシントン DC の Rockville で行われた DOE（Department of Energy）主催の Compact Light
Sources Workshop 報告と 9-cell Super Conducting Cavity 開発報告をそれぞれ早稲田大学、坂上和之氏と高エネルギー加速器研究機構・加速器研究施設、早野仁司氏にお願いしました。ニュース Vol.5 は開発レーザー装置の実用化と本光子ビーム源を使った応用実験に関する報告を行う予定です。ご期待下さい。

高輝度光子ビーム源開発室ニュース■ Compact Light Sources Workshop 報告
坂上和之
早稲田大学

理工学術院理工学研究所

2010 年 5 月 11 日（火）、12 日（水）の 2 日間

National Laboratory）の Michael Borland 氏 に よに わ た り、 米 国 ワ シ ン ト ン DC の Rockville でり行われた。小型光源の比較対象となる現在のDOE（Department of Energy） 主 催 の Compact

光源のパフォーマンスが平均輝度（ALS）・ピーク

Light Sources Workshop が 開 催 さ れ た。 本 ワ ー輝度（LCLS）両面から示された。報告は主に［1］クショップでは小型光源技術に関して 5 つの発を基にして行われたので、参考にされたい。その生方法の異なる光源技術、すなわち “Laser HHG

後、それぞれの光源技術に関する全体講演が行わ（Higher Harmonic Generation）”、“Plasma Sources

れた。極短パルスのレーザーをガスに照射するこ”、“Plasma Accelerators”、“Small Synchrotrons”とによって高次の高調波を生成する Laser HHG にと本量子ビームプロジェクトがベースとしている

ついては Colorado 大学の Margaret Murnane 氏“Inverse Compton Sources（ICS）” の研究者が集が、固相密度の物質と極短パルスレーザーの相互まり、それぞれの光源の進捗と近い将来の達成さ作用による Plasma Sources については Colorado

れる光輝度に関して議論した。参加者は約 60 人

State 大学の Jorge Rocca 氏が、プラズマによっで、半数以上が米国の研究者、日本からの参加者て加速される電子を用いる光源としての Plasma

は筆者と本プロジェクト代表者の浦川教授のみでAccelerators に つ い て は SLAC（Stanford Linearあった。このことからも本プロジェクトが世界的Accelerator Center）の Mark Hogan 氏 が、 強 磁 場にも注目されていることを感じた。の電磁石を用いて実現される Small Synchrotronsに つ い て は MIT（Massachusetts Institute of

初 日 は 8 時 15 分 か ら 始 ま り、 ま ず DOE のTechnology）の William Barletta 氏が、レーザー

Pedro Montano 氏より本ワークショップの趣旨と電子ビームの衝突によって高エネルギーの光の説明があった。続いて、現在広く利用されてを生成する Inverse Compton Sources についてはいるシンクロトロン放射光、自由電子レーザー

MIT の David Moncton 氏がそれぞれの原理からのパフォーマンスに関する講演が ANL（Argonne

最新のアイデアまでを含めておこなわれた報告し

写真１ ： ワークショップの案内板

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写真 2 ： 全体会議の様子

高輝度光子ビーム源開発室ニュース

多数の講演があったため、ここでは講演順ではた。
昼食後、それぞれの光源技術に分かれて最新のなく『進行中』と『計画段階』に分けて報告させ成果や計画に関する議論が行われた。筆者は ICSていただくことにする。『進行中』の ICS 光源とのセッションに参加し、量子ビームプログラムにして現在世界で最も高い平均輝度を実現している

おける現在までに行われた X 線生成試験結果に装置として Lyncean Technologies Inc.(LTI) の小型関して報告し、浦川教授は最終的に予定されてシンクロトロンと光共振器を組み合わせた ICS 光いる装置概要や光源性能を報告した。本ワーク

源に関して Ronald Ruth 氏により講演された。図

ショップには世界の名立たる ICS 装置及び計画に1 はその装置図を示している。目標としている平参画する研究者が参加しており、それぞれの報均強度は 1011ph/s/0.1%bw、平均輝度は 1012ph/告が行われた。まずは LBNL（Lawrence Berkeley

s/mm2/mrad2/0.1%bw であり、現状はそれぞれNational Laboratory）の Eric Esary 氏によって ICS1 桁小さいという報告であった。現在この 1 桁の光源の特徴に関して計算結果を交えた講演が行わ

ギャップを制限しているのは光共振器のミラー破れた。本セッション参加者は ICS の専門家ばかり

壊閾値であり、これについて開発を進めているこであるが、ICS の特徴に関して共通認識を持つたとが述べられた。本量子ビームプロジェクトも光めに行われた。Esary 氏の講演していなかった特共振器を用いており、ミラー破壊が観察されてい徴に関しても講演後の議論において指摘され、そることから有意義な議論をすることができるととの後のセッションのまとめを作成するための共通もに今後も情報交換を継続することとなった。ま認識とした。

た、この講演では X 線イメージ（図 2 参照）やグ

図 1 ： LTI の小型光源装置

図 2 ： LTI の小型光源で撮影された蜂の X 線像 [2] 左から吸収像、 位相コントラスト像、 暗視野像

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高輝度光子ビーム源開発室ニュース

リシンの構造解析に関するデータも示され、最もを用いることによるコヒーレント ICS の可能性に注目度の高い講演であった。CEA (French Atomic

関しても議論され、高ピーク輝度の光源も併用

Energy and Alternative Energies Commission) のできるよう計画しているとのことだった。MIT のAnne-Sophie Chauchat 氏からはヨーロッパで計みならず世界中でコヒーレント ICS に関する議論画されている小型光源 THOMX プロジェクト [3]がなされており、将来へ向けたアイデアとしてに関する報告があった。CEA では 17MeV の電子期待されている。Jefferson Laboratory の Georgeビームと 532nm のレーザー光の衝突によってNeil 氏からは FEL 発振器内における ICS 光源に関10.3keV の X 線を実現している。現在は実証実験する報告があった。計画は CEBAF（Continuous段階であるが、これをベースとして THOMX と呼Electron Beam Accelerator Facility）や ERL（Energy

ばれる小型シンクロトロンと光共振器による小Recovery Linac）内に設置した FEL 発振器内にて型光源計画が進行中であり、2014 年頃に実機がコンプトン散乱を実現することで最大で MeV オ完成する予定とのことである。THOMX プロジェーダーの高エネルギー光子ビームを生成する予定

クトには我々の協力研究者であるフランスの LALとのことであった。すでに本手法を実現してる(Laboratoire de l’ Accelerateur Lineaire) の研究者

Duke 大との比較も報告された。

が光共振器開発として参加しており、今後の進捗が期待される。
『進行中』のプロジェクトとしてワークショップは夕食後も引き続き行われ、はこれに加え我々の量子ビームプロジェクトがあ12 日午前までかけて ICS セッションのまとめをった。本プロジェクトの概要に関しては [4][5] を作成した。その際に作成されたそれぞれの装置の参照いただきたい。

予定する光輝度のまとめが以下の表 1（平均輝度）と表 2（ピーク輝度）である。平均光輝度に関し『計画段階』の講演としては、MIT における超ては我々の量子ビームプロジェクトが世界一の性

伝導線形加速器と光共振器を用いた小型光源計能を予定していることが分かる。このまとめによ画が William Graves 氏より示された（図 4 参照）。って世界の多くの ICS 研究者に認識させることが超伝導 RF 電子銃と超伝導線形加速器を用いるこできたと確信している。表 2 に示す通り、ピークとで連続運転が可能であり、高平均輝度が期待光輝度に関してもコヒーレント ICS のアイデアにできる。また、ナノバンチ化された電子ビーム

よって 1020 を超えるピーク輝度が現実味を帯び

図 3 ： THOMX プロジェクトの小型光源装置計画図4

高輝度光子ビーム源開発室ニュース

図 4 ： MIT で計画されている小型光源の概念図

表 1：それぞれの装置の平均光輝度（設計値）のまとめ
装置名

エネルギー
[keV]

平均輝度
[ph/s/mm2/mrad2/0.1%bw]

強度[ph/s/0.1%bw]

パルス幅[ps]

繰り返し
[MHz]

JLAB

7-50100-3000

1081090.375

KEK0.1-50101610135163

Lyncean7-701012101110065MIT0.8-50101510120.3100THOMX50-90101020251111

表 2：それぞれの装置のピーク光輝度（設計値）のまとめ※赤字は実証済み
装置名

エネルギー[keV]

ピーク輝度[ph/s/mm2/mrad2/0.1%bw]

パルス強度[ph/shot/0.1%bw]

パルス幅
[ps]

繰り返し
[Hz]

BNL

1-301018

106410

LBNL-LPA

10-10k10100.003

10LLNL

400-5k2110610110MIT0.8-50

1023

1080.5102245高輝度光子ビーム源開発室ニュースてきていることが示された。
まとめとしては、以下のような特徴を示すこと
で ICS が有力な光源であることを結論付けた。

題として挙げられた。
“Compact Synchrotrons” に関しては近年の偏向電磁石の強磁場化によって 60 ～ 80m の周長･ 小型の蓄積リングで 1.5 ～ 2GeV の電子を蓄積でき、･ 比較的低コスト

ALS の偏向電磁石ラインと同等の 4 × 1013ph/s/･ エネルギー可変mrad2/0.1%bw (at 8keV) が得られることが示され･ 高輝度（サイズとコストに対して）た。この光源の利点として多数のビームラインが･ 短パルス設置可能であることや R&D がほとんど必要ない･ 偏光制御ことが挙げられた。一方、小型とされていても他ただし、･ インコヒーレント（現状）の小型光源に比べ大きいこと、短パルス化が難しいことなどが挙げられた。

･ 数本のビームラインのみ設置可能･ 輝度は放射光源のそれに到達していない

ワークショップは朝早くから夜遅く（初日はと注意書きを加えた。

22 時頃まで）まで行われ非常にハードながらも今後の課題としては、有意義なものであった。世界の一流研究者たちと･ ミラーの破壊

3 食を共にしながら様々な議論・情報交換を行う･ 高繰り返し、高強度（kW クラス）レーザーことができ、我々の量子ビームプロジェクトにつ技術いても非常にインパクトを持って伝えられたこと･ 高繰り返し、高輝度電子源及び光陰極は大きな成果であった。以上のように世界の最先･ 低コストの超伝導技術開発

端の研究者が集合したワークショップであったこなどが挙げられた。とで情報量が非常に多く、ICS 以外の小型光源に関してはかなり端折った報告であったことを最後

12 日午後には再び全体セッションにてそれぞにお詫びしたい。

れのまとめが報告された。ICS に関しては前述の通りである。
“Laser HHG” のまとめでは特に縦横ともにフルコヒーレントかつ超短パルスであることが強調された。平均強度としては 50µW（at 50eV）、パルス強度としては 1µJ (at 50eV) が達成されており、今後はより短波長までの HHG が課題とされた。
“Laser Plasma Sources” のまとめとしては、近[1] “Science and Technology of Future LightSources” SLAC-R-917[2] M. Bech et al., Journal of Synchrotron Radiation,
Vol. 16, (2009)43[3] THOMX Conceptual Design Report, LAL RT
09/28

年のレーザープラズマ光源の短波長化が示され、[4] K . S a k a u e e t a l . , R e v i e w o f S c i e n t i f i c

かつ低コスト・実績ある（VUV/ 軟 X 線領域）装Instruments, Vol. 80, No. 12 (2009) 123304.（現置であることが強調された。また、第 3 世代放在までの成果）

射光源レベルの高ピーク輝度であることも本光[5] 高輝度光子ビーム源開発室ニュース Vol. 3『超源の特徴である。現在の X 線強度は 6 × 106ph/

伝導加速による次世代小型高輝度光子ビーム

pulse/0.1%bw で、5kHz で動作可能とのまとめで源の開発』（量子ビームプロジェクト全体計画）

あった。
“Plasma Accelerators” のまとめでは近年のレーザープラズマ加速（プラズマウェイクフィールド加速）技術の急速な発展とその成果から結び付けられる小型 X 線 FEL や ICS を用いることによる数MeV オーダーの小型γ線源の可能性に関して議論された。現在のところ高繰り返し化が今後の課

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高輝度光子ビーム源開発室ニュース■超伝導加速空洞開発の進展
早野仁司

高エネルギー加速器研究機構

加速器研究施設

序文

ニアック試験施設（STF）を建設し、超伝導空洞技超伝導加速器開発を進めている STF 施設では術の線形加速器への系統的応用の開発研究を行な超伝導加速空洞の高電界化に力を入れて開発してっている。「超伝導加速による次世代小型高輝度いるが、その加速性能はもとより、大電力運転、光子ビーム源の開発」課題はこの STF 設備にレ

熱負荷性能、高精度周波数補正、高精度アライメーザー技術を応用して高輝度光子ビーム源開発研

ントなどのビーム加速に必要な機能の高度化開発究を行なう計画である。その STF 施設は旧陽子リも行なっている。加速性能を上げるための開発とニアック棟内に建設され、以下の項目を目的とししては、空洞製造時の電子ビーム溶接技術研究やている。（1）超伝導加速技術に関連する諸基盤施

表面欠陥の研究、表面処理の研究が行なわれてい設をできるだけ一つの建屋のもとに相互に近接しる。これらの研究開発の進展について報告する。て構築し、稼働させ、有機的連携を計る。（2）基盤設備建設と並行して、ILC 超伝導加速技術を獲超伝導 RF 開発設備（STF）得するべく超伝導加速モジュールを段階的に建KEK は、2004 年の時点で、TRISTAN 電子陽電設し、運転する。（3）これらを通して、超伝導子コライダー加速器において世界にさきがけて超加速技術を KEK および日本そしてアジアの大学・伝導加速技術の大規模な応用に成功しており、つ研究所グループが漸進的・総合的に習得し、そのづく KEKB コライダーと合わせて 20 年以上におよ途上で日本の人材育成をし、また海外研究機関とぶ経験と人材を持ち、平行して空洞単体の加速電の共同研究拠点ともする。（4）同時に、ILC 以外界改善研究においても世界をリードする成果を得の加速器への超伝導空洞技術の応用にも一定の寄ている。これらを生かして、2005 年からリニア与ができるよう、ILC に限定しない施設整備を行

コライダー用の超伝導線形加速器の開発、ERL 超う。これらの目的に沿うように STF 設備構築は、伝導加速器の開発などを総合的に行なう超伝導リ

Phase-1 と Phase-2 の 2 期に分けて開発を行なっ

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高輝度光子ビーム源開発室ニュース

産技術の工業化を検討し準備する。「超伝導加速ている。
Phase-1（STF1）では基盤設備の立ち上げをおによる次世代小型高輝度光子ビーム源の開発」課

こなう。また、ILC 用超伝導空洞の開発と試作、題はこの Phase2 の初期段階の装置にレーザーをそしてこれらを納めた横置きクライオスタット

組込んで行なう事になる。

（クライオモジュール）の 2K 冷却時のパルス RF

図 1 に STF 棟内の各設備の配置を示す。

による動作実験を試験的におこなう。具体的には、
ILC 半サイズのクライオモジュールに超伝導空洞以下、STF 棟内設備の機能について概説する。

4 台を据え付け、5MW の L- バンドクライストロ●空洞検査関連設備

ン 1 台で動作させる試験実験をおこなう。これを空洞内表面の内面検査カメラによる内面異常検通して、ILC 仕様に近い超伝導加速モジュールを出、空洞外寸の確認、加速モードと高調波モード建設し、それに必要な各機器の設計・製作・試験の空洞共振周波数などの RF 測定、および空洞のを通して、各担当グループが一渡りの経験を積む各セルを個別に塑性変形させることによるセル周事を目的としている。

波数調整が含まれている。

Phase-2 (STF2) では ILC 線形加速器のプロトタイプを建設し、ビームを使った運転試験を行う。

●空洞表面処理設備

具体的には、リニアックの基本ユニット 1 台を建製造会社からのベアな 9 セル空洞は、各種検査設し、ビーム加速を含む定常運転を行い性能実証に加えてアニーリング、フランジおよび空洞内表する。これを通して ILC の性能仕様と実装仕様の面の化学研磨、電解研磨、各種洗浄、ベーキング双方を満たす各機器の設計・製作・試験に関するなどの工程が含まれる。これらの工程をなるべく実務的経験を重ねる。そしてこれと並行して、生近接したストリームライン化した清浄な環境下で

図 1 ： STF 棟内の各設備の配置。 地下トンネルがこの直下に設備されている。

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高輝度光子ビーム源開発室ニュース行うことを目的として、表面処理設備とクリーンた。STF で必要なクライストロンの台数は 3 台でルームとを近接させて建設した。表面処理設備のある。この大電力パルス RF 源は、入力カップラ

なかでも重要な設備は電解研磨設備である。電解ープロセシング、RF 電子銃空洞、クライオモジ

研磨処理直後の工程は１次洗浄、超音波洗浄、高ュールの空洞に使用される。LLRF フィードバッ

圧超純水洗浄、乾燥封止、真空引き、そしてベーク制御は J-PARC 用に開発されたデジタル制御もキングというものである。のをベースにして開発している。

●クリーンルーム●冷凍機

空洞表面処理直後の封止、真空引きと、空洞パ冷凍機設備は AR 東棟から移設した。屋外に設ッケージへの大電力入力カップラーへの取付けお置するコンプレッサーなどとの接続連携、地下トよび空洞パッケージの多連化の工程の際に高度なンネルに設置するクライオモジュールへの液体ヘ清浄環境を必要とする。これらのために、表面処リウムの輸送、2K への冷却に必要な減圧ポンプ

理設備西に隣接して、ISO Class-4 および 6 のクなどの配置の便も考え、STF 棟建屋地上部の北東リーンルームを建設した。

端に設営し、液化機や液体ヘリウムタンク、ヘリウム精製機などを配置した。地上冷凍機で製造し●空洞縦測定試験設備

た液体ヘリウムは、トンネル内のコールドボック

表面処理を終えた空洞は、縦測定試験設備にて、スに供給され、コールドボックスとクライオモジ

低電力の CW-RF 源を使って性能測定を行う。測ュールを接続してモジュール内の空洞ジャケット定するのは、Q 値、限界加速電界、付随する RFへ液体ヘリウムを供給する。運転温度は 2K であ諸特性、Field Emission に伴う X 線線量、空洞クる。

エンチ時の発熱分布などである。これには 4m 以上の細長い縦型クライオスタットを使用する。

●電子ビーム設備
電子ビーム源は、Cs-Te フォトカソードを用い●空洞組立関連設備

た RF 電子銃をマルチバンチレーザーで駆動して、表面処理を経て低電力 RF 試験での性能確認も電子ビームトレインを生成し、加速空洞に通して終えた 9 セル空洞は、工場にて液体ヘリウムジ加速電界性能確認ができるようになっている。こャケット容器に納められ（この状態になったもの

れには 1.3GHz 常伝導空洞を使用した RF 電子銃を「空洞パッケージ」と呼んでいる）、再び KEK空洞を使用している。に送り返される。クライオモジュール（横置きクライオスタット）内部への据え付け前に、一つ一超伝導加速モジュール開発の進展

つの空洞パッケージに大電力入力カップラーを取STF Phase-1（STF1）では、9 セル加速空洞を 4り付ける必要があり、また、多連空洞とする場合台装備したクライオモジュールを地下トンネルには、隣接空洞間の連結を行わなければならない。に配備し、地上に設置した L- バンド（1.3GHz）

入力カップラー取り付けと多連化はクリーンルー

5MW クライストロン 1 台からのパルス RF 電力

ムで行なわれ、その後クリーンルームから引き出によって試験運転した。空洞の加速電界の性能限され、クライオモジュール内部アセンブリの所定界は大きな課題であるが、加速器システム構築のの箇所につり下げられ、運転のために必要な各種総合的観点からは、他にも多数の検証を要する機配管、信号線、熱シールドを取付けられた後、ク材・部品が存在する。たとえば、空洞チューナー（周ライオモジュールの真空容器の中に納められる。

波数の微調整装置）、空洞カプラー（マイクロ波入力部分）、空洞 HOM カプラー（加速モード以● RF 源関連設備

外のマイクロ波を逃すための機構）、空洞磁気シクライオモジュールを地下に設置してパルスールド、クライオスタット、これらに付随する異RF 運転を行うために必要な大電力 RF 源は、STF材継ぎ手や真空シール、熱シールド、マイクロ波

棟建屋地上部の東側中央部に設備することとし源とその輸送システム、冷凍機、制御系などの個

9高輝度光子ビーム源開発室ニュース別機材、およびそれらの総合したシステムである。

３および図４に示すが、パルス内振幅位相フィ加速電界の問題とは分離したうえでの STF1 で行ードバックが効果的となるための仕様値 +/-50Hz

う加速モジュールの総合性能検証実験項目は以下に納める事でできる事を示している。の通りである：(1) 空洞システム、(2) ローレンツ

加速空洞４台の同時運転の実証も重要な項目で離調（加速電界が高いときに周波数がずれる現象）ある。これには各空洞のローレンツ離調補正はもの補正システム、(3) 入力カプラーの大電力性能、ちろん、空洞からピックアップした RF 信号をビ(4)HOM カプラーの動作確認、(5) 冷却時の熱収縮、ームが見る位相でベクトル合成した信号に変換(6) クライオモジュール、(7) 熱損失性能の確認、(8)し、それを安定化するための高精度デジタルフィアライメント機構の性能、(9) マイクロ波源、(10)ードバックを試験する事で行なう。これには高速クライストロンの性能、(11) マイクロ波分配回路度で演算しクライストロン入力 RF にフィードバの性能、(12) 制御系によるフィードバック安定化

ックをかける FPGA および AD,DA が使用される。

性能、である。

その結果を図５に示す。図５左列のベクトル合

これらの試験は TESLA 改良型空洞 4 台をクラ成された信号が電圧で 0.04%rms、位相で 0.02 度イオモジュール A に組込み、そのクライオモジrms に安定化されており、非常に高安定である事

ュール A を、2008 年 5 月から 12 月までの間にが実証された。

夏期シャットダウンをはさんで 3 回の冷却試験を行なう中で評価試験を行った。使用した空洞の電界性能は図２の赤色バーグラフに示すように、加速に使用するパルス幅 1.5ms の時に、それぞれ、20MV/m、22MV/m、32MV/m、20MV/m であり、１台は目標の運転勾配 31.5MV/m を超える性能であった。
それらの中でもっとも加速勾配の大きな空洞(#2 空洞 ) はローレンツ離調も大きいので、その離調補正の実証試験に最適である。ローレンツ離調の補正はチューナーに組込まれたピエゾアクチ
ュエーターにより離調を阻止する向きにパルス的に伸張させることで行なう。その補正の様子を図

図 2 ： 加速モジュールに使用した４台の空洞の電界性能。 青
バーが縦測定時の電界、赤バーが 1ms パルス幅 (ILC仕様値 ) の時の電界、 緑バーは 0.6ms にパルスを縮めた時の電界。

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図 3 ： #2 空洞のローレンツ離調補正の様子 ： 黒線が未補正での離調量、 その他の線は各パラメーターでの離調補正ありの離調量。 500 μ s から 1500 μ s までの 1msがパルスフラットトップ。

図 4 ： #2 空洞のローレンツ離調補正のピエゾオンでのパルス波形の様子。 青緑波形がピエゾにかけている電圧波形であり、 ピンク波形がその時の電圧波形である。
補正の結果、 1ms のパルスフラットトップにおいて平坦である事がわかる。

高輝度光子ビーム源開発室ニュース

超伝導加速空洞の高度化開発

メラを差し込んで非接触で内面の状態を観察す

超伝導空洞の高度化開発の重要なテーマであるる。内面カメラはピクセルあたり 7 μ m 程度の高高電界化は、空洞検査装置の開発とそれにより見分解能で内面の異常を見る事が出来る。特に工夫つかった内面欠陥の対策、そして、表面処理の内されているのは照明方法である。空洞内面は電解表面におよぼす影響と空洞取扱のダスト混入が原研磨により鏡面状態になっているので、コントラ因であろうフィールドエミッション対策という２ストよく凹凸を観測するためには工夫された照明つの面から研究開発が進められている。

が必要である。図７にその内面カメラを示す。い（１）内面欠陥の検査と対策

ままで、相関が見られたのはクエンチ場所には20MV/m 以下の加速勾配で急激なクエンチを数 100 μ m の大きさのピットやバンプが見られ起こしてパワーがそれ以上入らなくなる現象に対た事である。これらは、製造工程、とくに電子ビして、空洞外面に温度センサーを配置して、そのーム溶接時に発生したものと考えられる。これら

クエンチ場所を同定する方法が一般的に取られての観察事実はすでに製造現場にフィードバックさいる。この方法を９セル空洞に応用するために多れており、製造直後に内面検査することで、早急数の温度センサーを配置してクエンチ場所を同定な対策がなされるようにしている。また、９セルする温度マップ装置が KEK STF にて開発されてい空洞に仕上がってから発見されたこのような欠陥る。図６にその写真と温度マップデータ表示の様を局所研磨により取り除く開発も行なわれてお子を示す。温度センサーの間隔は 3 〜 5cm 間隔り、２〜３台の空洞に対してこの技術が応用され、でおもに赤道部付近を観測している。このシステ

20MV/m 以下だったものが 30MV/m 程度まで電ムにより場所が同定されると、その場所に内面カ界性能が改善できる事が実証されている。

図 5 ： ４台の空洞の合成運転時の電圧波形と位相波形。 左列は各空洞の電圧波形と位相波形。 右列はフラットトップのみを拡大して抜き出した４台の RF 信号のベクトル合成時の電圧波形と位相波形。 ビー
ムは合成波形で加速されるので、 そこでの平坦度がエネルギー広がりを決めるが、 電圧で 0.04%rms、位相で 0.02 度 rms という平坦さで加速される事になる。

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高輝度光子ビーム源開発室ニュース（２）フィールドエミッション抑制の開発
20MV/m よ り 高 い 電 界 時 に 多 く 見 ら れ るが、多量の X 線を発生させながら温度上昇も起こしQ 値が落ちていってクエンチに至る現象は、内面からの多量の電子放出（フィールドエミッション）を起こしている物と考えられている。この現象の検出と分析には X 線マップ装置が用いられている。多数の PIN フォトダイオードを利用した X線検出素子を空洞に配置して、放出電子のパワー密度が大きい部分を同定する試みである。このような現象でクエンチした空洞の温度上昇部分を内面カメラで観察しても異常はみられない。このようなフィールドエミッションを抑制するために内表面を SEM や XPS などの分析機器を活用して内表面の残留物を検査する方法を開発中である。ま図 6 ： 超伝導空洞の縦測定時に取付ける温度マップ装置とそれによる温度上昇マップ図。 これにより、 どの部分が異常温度上昇をしているかがよくわかる。

た、抑制策として、電解研磨処理中の酸化膜の制御、界面活性剤による付着物や析出物の除去、物理的洗浄法などの各種洗浄方法の研究などが精力的に行われている。処理中の異常な酸化膜の抑制のために処理中に窒素ガスフローを行なう事が提案されている。また、電解研磨中に生成されるイオウを抑制する電解研磨パラメーターも実験的事
実をもとに提案されてきており、１〜２年の内にフィールドエミッションに対する対策ができるようになり、30MV/m を超える電界性能をもつ空洞を再現よく製造できるようになるであろう。

図 7 ： 超伝導空洞の内面を高分解能で検査する内面カメラ装置。 これにより、 異常温度上昇をしている部分と内表面の欠陥や異常との関連を取る事ができる。

Acknowledgments

This News is supported by Quantum Beam Technology Program of the Ministry of Education,
Science, Sports, Culture and Technology of Japan (MEXT).

量子ビーム基盤技術開発プログラム（2008-2012 年度）
Quantum Beam Technology Program supported by MEXT

次世代ビーム技術開発課題「超伝導加速による次世代小型高輝度光子ビーム源の開発」（拠点責任者：浦川順治）

Development for Next Generation Compact High Brightness X-ray Source using Super Conducting RF Acceleration Technique
大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 (KEK)High Energy Accelerator Research Organization〒 305-0801 茨城県つくば市大穂 1-1

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TEL 029(879)6248