京大化研電子加速器施設の現状
白井 敏之1,、岩下 芳久、杉村 高志 2、頓宮 拓、野田 章、森田昭夫 3
京都大学化学研究所原子核科学研究施設〒611-0011 京都府宇治市五ヶ庄

物性、放射線物理、高エネルギー実験用検出器開発、加速器開発に関するものであった。
また、これとほぼ同時期から、このリニアックを京都大学化学研究所の電子加速器施設においては、入射器とする電子リング（ＫＳＲ）の建設もおこな
１９９５年度より１００MeV 電子線形加速器が稼働ってきたが[2]、１９９９年９月に、その調整運転を開していたが、２００１年からは、その下流に設置さ始し、２００１年１月からビーム供用を開始した。
れた電子蓄積、ストレッチャーリング（ＫＳＲ）が
ＫＳＲは当初放射光リングとして計画が開始されたビーム共用運転を開始したため、現在の電子線形加が、リニアックからの電子ビームを用いたカウンタ
速器の主な役割は、ＫＳＲの入射器になっている。
ー実験のデータ収集効率を上げるために、ストレッ
それに合わせて、リニアックでは主クライストロンチャーとしての役割も持たせることになった。現在の更新やトリガー系の変更などがおこなわれ、入射は、レーザコンプトン散乱などの蓄積電子ビームを運転のスタディがおこなわれてきた。こうしたリニ用いた実験をおこなう蓄積モードと、１００MeV 以アックの変更点と、現状を報告する。
下でゆっくりと取り出した電子ビームを実験に供する、ストレッチャーモードの２種類の運転をおこな
１．はじめにっている[3]。
京都大学化学研究所では、１９９５年より日本原
ＫＳＲの運用が始まって以降は、外へ取り出した子力研究所の協力を得て、１００MeV 電子リニアッ
電子ビームを用いた実験は、ストレッチャーモードクを稼動させ、電子ビームを用いた実験をおこなっが主体になり、リニアックはＫＳＲへの入射器としてきた[1]。リニアックの構成は、Ｓバンドのバンチャての役割を中心にしていく予定である。そのために、ー加速管と３本のレギュラー加速管からなり、最大リニアックにはいくつかの変更が加えられたが、こ１００MeV、１００mA、１µsec、２０Hz の電子ビー
こでは、そのうちの主クライストロンの更新と、トムを供給することができる。この電子加速器全体のリガー系の変更について述べる。ＫＳＲの入射シス
レイアウトは、図１に示されている。この図は、化テムや入射ビームラインに関しては、既に発表があ学研究所原子核研究施設のイオン線形加速器実験棟るので、ここでは省略する[4]北側エリアを示したものである。利用実験は、主に概要

Figure 1 Electron accelerator facility at ICR, Kyoto University

12,2

E-mail: shirai@kyticr.kuicr.kyoto-u.ac.jp
Present address : 高エネルギー加速器研究機構

Table 1 Beam parameters for the injection to KSR
Beam energy
Beam current
Pulse width
Repetition
Energy spread

100 MeVfor storage mode
50 – 100 MeV for stretcher mode
100 mA
10 – 50 nsec for storage mode
100 nsec
for stretcher mode
0.25Hz for storage mode
1 Hz
for stretcher mode
1 % (FWHM)

２．入射ビームパラメータ
線形加速器からのビーム入射パラメータが表１に示されている。ビーム蓄積モードでは、ビームのパルス幅を変えることで、バケットのフィリングバターンを変更しているのに対し、ストレッチャーモー
ドでは、全バケットにビームを入射するため、ビームパルス幅が異なっている。
蓄積モードでのビーム繰り返しは、水平方向のダンピングタイムに相当している。ストレッチャーモードのビーム繰り返しは、リニアックのそれと同じ２０Hz が望ましいが、現時点では入射セプタムやキッカー電源などのハードウェアの制限により、１Hzにとどまっている。これに対し、リニアックの高周波パルスの繰り返しは、ビームエネルギーをできるだけ一定に保つために、ビームパルスの繰り返しに関係なく、常に１５Hz で運転されている。

３．主クライストロンの交換
リニアックの運転開始当初から、３本ある加速管の主クライストロンとして、高周波出力２０ＭＷのITT-8568（ITT）が用いられてきた。しかし、今後の入手性に不安があることと、このリニアックを入射器として使用する場合、定格のビームエネルギーが１００MeV しかないため、仮に寿命やトラブルで、高周波出力が低下した場合でも、ビームエネルギーがこれ以上下がらないよう、高周波出力にマージンがあることが望ましかった。そこで、ITT-8568 と形状の近い、PV3030A1, A2（三菱）にクライストロンを交換するテストをおこなった[5]。
予算と時間の関係から、まずは、モジュレータ電源、クライストロンオイルタンク、収束コイルを既存のまま流用し、クライストロンマウント部分とヒータ電源だけを交換することで、どの程度出力がでるか、テストベンチを組んで測定をおこなった。図２，図３がその結果である。それぞれ、カソード電圧と入力高周波電力を変化させたときの、出力高周波電力を示している。このときの高周波周波数は２８５７MHz、パルス幅は３µsec、パルス繰り返しは１５Hz である。結論からいうと PV3030A1, 2 は、ITT-8568 用のシステムでも問題なく、その定格に近い動作をした。また、ITT-8568 との比較では、表２に書いてあるように、必要な入力高周波電力は高くなったが、出力電力もその分上昇し、モジュレータ電源出力が２３０kV の時、２４ＭＷが得られた。この最大出力はテストベンチでの放電で制限されており、２５０kV をかければ、３０MW は出力されると思われる。この出力の増加により、十分な運転マージンを得ることができた。
30250

Cathode Current (A)25) 20WM(rwe 15oPt
putu
O 10

200

150

5Cat
hodeCur
rent(A)

Output Power (MW)

0100
160

180

200

220240Cathode Voltage (kV)

Figure 2 Measured RF output power and theperveance at the various cathode voltages. The RFfrequency is 2857 MHz, the input RF power is 200 W.

30180 kV
196 kV
212 kV219 kV230 kV25)
WM 20(rewoP 15FRtu
pt 10u
O

50050

100

150200250

Input RF Power (W)Figure 3 Relation between RF output power and theinput RF power. The RF frequency is 2857 MHz. The
solenoid field was optimized with each cathode voltage.

Table 2 RF parameters of the klystron ITT-8568
and PV3030A1Heater
Cathode Voltage
Cathode Current
Input PowerOutput PowerPower Gain
RF frequency

ITT-8568
15 V, 14 A
240 kV
240 A
100 W
20 MW
53 dB
2857 MHz

PV3030A1
15.5 V, 16 A
230 kV
230 A
160 W
24 MW
51.8 dB
2857 MHzこのテスト後、２０００年度には、すべてのクライストロンが PV3030A1, A2 に交換され、その後２年間トラブルなく稼働している。

Control Room

Linac Master
Trigger (15 Hz)

Delay

OpticalInterface

Accelerator Room

Modulators

４．トリガーシステム
Beam Trigger

KSRAND
Delay
Electron Gun(< 1Hz)ＫＳＲの高周波周波数は１１６.７MHz で、ハーモSynchronizer
ニクスは１０である。ストレッチャーモードではこの１０バケットすべてにビームを入射するが、ビーRF
KSR RF
ム蓄積モードではすべてに入射した場合、イオント
Master RF
Splitter
Amplifier(116.7 MHz)
ラッピングが顕著になりビーム寿命が低下するため、バケットの半分程度にビームを入れてイオントラッ
Figure 4 Block diagram of the trigger system of KSR
ピングを抑制している。また、実験によっては、シand the injector linac.
ングルバンチ運転をおこなうことも考えられる。そのため、リニアックのトリガーシステムに、電子ビできる蓄積モードでは、さほどシビアな問題にはなームバンチをＫＳＲの特定の高周波バケットに入射らないが、ストレッチャーでは大きな問題である。
できるようにするタイミングモジュール
そのために、リニアック入射ビームのエネルギー広[6]（Synchroniser）を追加した（図４参照） 。
図５はタイミングモジュールのブロック図である。 がりの縮減と、ビームラインに挿入されているフォイル（真空分離用）の除去などを考えていかなけれ
このモジュールは、基本的にはＫＳＲの基準高周波ばならない。の波数を数えるカウンターで、特定のバケットのタイミングでビームトリガーを発行している。この機
６．謝辞
能の大半は、プログラマブルロジックモジュール（TIBPAL20R8-5CNT, 動作周波数 125 MHz）を用いここで述べたリニアックの各部の改造は、高エネて、インプリメントされている。
ルギー加速器研究機構の福田氏、三菱電機通信機製作所、放射線医学総合研究所の方々のご協力によっておこなわれました。ここに感謝申し上げます。

５．おわりにＫＳＲが運転を開始し、リニアックもその入射器として、稼働を続けている。ただ、２００１年度には、モジュレータの高圧電源部が燃えるとという大事故があり、その修理のため長い時間をとられた。
我々の場合、高圧電源部と他のモジュレータ部は別筐体という設計になっており、この部分を今後どうするかは、課題として残っている。
また、これまでおこなってきた線形加速器の電子ビームを用いた実験は、ＫＳＲのストレッチャーモードに移行したいと考えているが、そのためにはＫＳＲへの入射効率、取り出し効率が問題となってくる。現在の取り出し効率は５０％程度であるが、入射効率は、短バンチビームの場合でも２５％程度になっている。これは、放射減衰を待って入射、蓄積

参考文献[1] T. Shirai, et al., Proc. of the Linear Accelerator Conference,Geneva, Switzerland, 123-125 (1996).
[2] A. Noda, et al., Proc. of the European Particle Accelerator
Conference, Sitges (Barcelona), Spain, 451-453 (1996).

[3] T. Sugimura, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 41 2276-2284(2002)[4] T. Shirai, et al., Proc. of the 1999 Particle Accelerator
Conference, New York, 1999, 3110-3112 (1999).
[5] T. Shirai, et al., Beam Science and Technology, NSRF ICR
Kyoto Univ., 6, 3-6 (2001)[6] A. Morita, et al., Beam Science and Technology, NSRFICR Kyoto Univ., 6, 11-13 (2001)

Figure 5 Block diagram of KSR synchronizer (left) and the logic module (right).