Proceedings o f the 22nd Linear Accelerator Meeting in JapanThe FELI 6-MeV Electron Injector for U V FEL Oscillation Experim ent
T. TOMIMASU，Y. MORII，E. OSHITA，S. OKUMA，S. Nishihara and T. TAKII
Free Electron Laser Research Institute, Inc.
The FELI 6-MeV electron injector consists of a pulsed thermionic g u n ，a 0.5 ns wide
grid pulser，a 714-MHz subharmonic prebuncher, a standing-wave type 2856-MHz
buncher and five focusing coils. The gun is a Pierce type one with a thermionicdispenser cathode(EIMACY646B) triggered by a 0.5 ns wide grid pulser(KentechInstrum ents Ltd. England).
The gun emits 0.5 ns wide pulses of 2.3 A a t frequencies of 22.3125 MHz and 89.25
MHz.
These pulses are compressed by the injector to 60 AxlO ps. In order to keep
the radius r constant at the bunching process, the axial field Bs of our focusing coils iscalculated from the K-V equation. Their field distribution gives very severe effect onFEL lasing. The electron beam current is monitored with a dust core monitor andbutton type current monitors at the inlet of the brebuncher and at the inlet andoutlet of the buncher. The beam size and position are also monitored and controlled topass through the center of the buncher with screen monitors and button type current
monitors a t the inlet and utlet of the buncher. The beam emittance is estimated to be
12paixl0-6 m rad using two screen monitors installed between the injector and thefirst accelerating waveguide, where the two monitorsare 0.96 m apart. The energy
spread(FWHM) is 150 keV(2.5 %) for a 5.8 MeV electron beam.
紫 外 F E L 発振実験用 F E L 研 6 M e V 電子加速器
間 の F E L 利用を実現するために、それまで注

1. はじめにF E L 研の電子入射器は、熱陰極型電子銃，0 . 5 n s グリッドパルサー、714MHz プリバン
チャー，2856MHzバンチャー，5 個の集束コイ子入射器を開発し、278 J 7 0 m n FEL 発振にルからなる。熱陰極®電子鏡を用いるス射器で成功した[1]。 こでわ F E L 研の 6 M eV 電子入は beam-emittance が大きくなりやすV、ので、射器の概略と F E L 発振時における動作特注を波長の短い紫外域でのF E L 發振は不可能とさ報告する。

目されて!/、なかつた長躺で ^ 定な熱陰t麵 電子銃による低emittance-beam を発生できる電れてレ、た。 1980年代力、ら低emittance-beam発振に成功しているが、 1988年に開発を始め

2. 6-MeV電子入射器の構成
図 1 に 6-MeV電子入射器の構成図を示す。 陰極型電子^ は EIMAC-Y646Bで、0.5 n s グリ

た BNL，UCSB，1992 年に開発をはじめた

ツドノくルサ一は Kentech Instruments Ltd . 製

Boeing ではまだ発振に成功していない。そのの特注品、714-MHz プリバンチャ一はステ

原 因 photocathode の寿命の短さにあり、紫外ンレス製の特注品、、2856-MHz バンチャー

域 F E L の発振も達成されていない。1991 年

は9 空洞の定在波型で市販（三菱電機）の物

3 月に設立されたF E L 研では、年 間 3000 時を、 5 個の集束コイルのうち4 個 は Maxwellの発生が可能な光陰極型電子^ の開発が逸み、LANL, Gmmman-Princeton では赤外域 FEL-6 1 -

社製の物を使用した。電子銃の入射電圧は120k V で、これは電子銃をSF6 ガスタンク内にバンチヤ一のピーク電場は、rf 2M W 入力
で 14M eV/m 、長さは 46cm なので、約 6 MeVの電子ビームが得られる。 図 2 に、2 m m ス

入れずにすむこと、また電子厳のエージング時リットを通して測定された電子入射器からの電間を短くできる。

子ビームス ぺ ク トルを示す。 ス ぺ ク トルの半

プリバ ン チ ャ ー の周波数を714 M H z とした理由は、（1 ) 476 M H z よりは/』頌にできる

値 幅 は 5.8 M e V ビ ー ム に 対 し て 150keV(2.5%)でぁる。

こと、 （2 ) 電子ビームの 120 keV-0.5 n s バ ン

チ 長 が 9 c m で圧縮しやすいこと、® 2856

また、 ビ ー ム エ ミ ッ タ ン ス O n = y r 0 d )M Hz の 1 / 4 であること、による。材質と しは、ノくンチヤ一直後に0.96 m 間隔で設置されて ス テ ン レ ス を 使用したのは電子銃からのた 2 個のビーム位置モニターを使用して測定

n s ビーム電流によつて空洞内に誘導される強力な電磁界の■ を 少なくするためである。
GUNSHB

VB-A

し，12 7c X 1 0"°m • r a d であつた。 .
SWBS IP

電 子 ビ ー ム は プリバ ン チ ャ ー の zero{sbNnc r o s s 電場によって圧縮 され て バ ン チ ャ
一 入 ロ で 約 L5 c m 長になる。電 子 ビーCDcrv

ム径を一定に保つための磁場 B s と電流 I> 2/)®と の 閨 係 は 、 Kap-chinsky-Vladimirskyi
Nの式から導かれる [2 ,3 ]。

nou)
cc
£
E5 S = 3 . 6 9 X 1 0 - 5( " 外 ) 1/2/ r ， (1)5.6

図2(MeV)

7.1

M eV 電子入射器電子ビームのエネルギースぺクトル

3.

プリバンチャー、 2 8 5 6 —M H z バン

F E L 発振可能な磁場範囲

図 3 に、電子入射電圧が 80-120kV にチャー、K -V 式の関係を満たす電流と磁

お け る IR -FEL 発振可能な磁場範囲

場分布を実現することにより 2 7 8 — 3 7を示す。 UV- F E L 発振の場合、入射電圧

O n m の 紫 外 域 F E L 発振に成功すること

範 囲 は 1 1 O k V 以上である。電子銃とプができた。 こ の 記 録 は 1 年 8 ヶ月破られリバンチヤーのほぼ中間には 5 m m 径のていないスリットがあり 、 8 m m 径の電子銃力ソ

参考文献

一ドからの電子ビームを絞り込むために約1)T.Tomimasu,et al.

0.05 T が必要である。 ビーム圧縮の過程

Nucl.Instr.Meth.A383,337(1996)

で は 磁 場 強 度 を 約 2 . 4 倍にしている。 当2 )M.Kapchinsky and

初 磁 場 強 度 を 3 倍に強められるようにし

V.V.Vladiinirsky,Proc.2nd Int.

たが今のところ必要はなかつた。

Conf.on High Energy accel.

4

おわりにAndlnstr.

熱陰極型電子銃での紫外域 F E L 発振(CERN ，1959)P.274

は 困 難 と さ れ て い た が 、 EIMAC-646B,3)入 門 _ 由 電 子 レ ー ザ （日本原子力学会 （1995 年 8 月） p 。 128

0 . 5 n s グッリドパルサー、714-MHz
図GUNCATHOD

71 4 M H z
PR E B U N C H E R— E3

囟

因図X

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X

匕( p i

コ0 0gcw
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B______________ I_____________ _J______
050100Beam axis (cm)

図 3 6-M eV 電子入射器の部品配置と磁場分布

2856M H z
BUN C H ER