阪大・産研・電子ライナックの現状
田川

精一1、加藤龍好、楊 金峰、山本 保、誉田 義英、古澤木村 徳雄、吉田 陽一、磯山 悟朗
大阪大学産業科学研究所〒567-0047 大阪府茨木市美穂ヶ丘8‑1

孝弘、柏木茂、概要

2.1

平成14年度はこれまで電子ライナックを維持管理してきた放射線実験所が､新たに加速器量子ビーム実験室として再スタートした最初の年であると共に､ナノテクノロジー研究をより推進するために、電子ライナックの高性能化や新たな電子ライナックの設置が行われた年となった。本稿では平成14年度に行われた共同利用の状況､保守状況､これまで共同利用に供してきたＬバンドライナックの改良点、また､新たに設置が認められた、レーザーフォトカソードＲＦガンを備えたSバンドライナックについて概要を述べる。

平成14年度におけるLバンドライナックの運転、保守の状況に関し、月別、モード別に表したものを図１に示す。Lバンドライナックは単バンチモード（FEL発振実験のためのマルチバンチモードを含む）、過度モード、定常モードの３種類の運転モードで利用可能であるが、平成14年度は定常モードでの利用はなかった。前期は18の一般共同利用課題と7つの特別共同利用が採択され、保守作業の20シフトを含む117シフトが配分された。後期は次節で述
べる改修工事のため、利用が10月のみに制限され、使用可能なモードも過度モードのみとなった。工事作業と並行しての利用となるため新規の利用は募集せず、限られた条件下で利用可能な13の一般共同利用課題と1つの特別共同利用が採択され、保守作業の6シフトを含む19シフトが配分された。1年間の運転日数は110日、通算の運転時間はおよそ1500時間程度であった。
Ｓバンドライナックについては､11月まで運転を行い､装置の故障、実験時間の制約等で実際に運転した時間は約250時間であり、すべて陽電子関連実験に利用された｡

阪大・産研では平成14年度に新たに産業科学ナノテクノロジーセンターが設置された。これに伴い､放射線実験所が廃止され､放射線実験所が有していたＬバンド､Ｓバンドの２台の電子ライナック（以下ではライナック）も他の装置と同様、産研附属産業科学ナノテクノロジーセンター加速器量子ビーム実験室の装置となり、加速器量子ビーム実験室員により運転、保守・管理されている。ライナックを用いた研究に関しては､これまでの歴史的な経緯も踏
まえ、テーマを加速器量子ビーム実験室内だけに限らず､これ以外からも受け入れ、共同利用を行うこととし、その実質的な世話を加速器量子ビーム実験室員が行っている[1]。
ライナックを用いた研究､特に電子ビームに誘起される反応に関する研究は､電子線を使った極微プロセスを研究する上で非常に重要である。このため
平成14年度はナノテクノロジー関連の研究をより一層発展させる目的で､ライナックの改良や新しいライナックの設置が認められ､ライナックの高性能化が行われた。このため、平成14年度は電子ライナックを用いた共同利用は前半で終了し、その後は装置の建設に伴う作業を行った。
以下ではライナックの現状報告と､Ｌバンドライナックにおける改造の概要､新たに設置されたレーザーフォトカソードＲＦガンを備えたＳバンドライナックについて紹介する。

2.2

保守および故障の状況

Ｌバンドライナックについて､平成14年度は定期的な保守作業を月に2日程度行い、夏季には長期の保守を行った。長期の保守期間中には、ライナック全体の整備点検と劣化した電子銃陰極の交換と立ち上げ作業を行った。故障としては、落雷による瞬時停電のため、5 MWクライストロンに電力を供給しているAVRシステムが停止したことと、電磁石電流30保守作業単バンチ

25

過渡20日数

１．はじめにLバンドライナックの利用状況

1510

２．電子ライナックの利用状況・保守
２．電子ライナックの利用状況・保守

5045678910

月
1E-mail: tagawa@sanken.osaka-u.ac.jp

図１ 平成１4年度Lバンドライナック月別運転日数

108 MHz

EGSHB∆t～5ns216 MHzSHBSHB∆t～3.5ns ∆t～2ns

図２1.3 GHzPBB∆t～0.5ns

1.3 GHz

Accel. Tube∆t～20ps(～90 nC)

Ｌバンドライナックのブロック図の閾値を読み取っているIC回路が不調になり、照射室の選択ができなくなったことなどが挙げられる。
いずれも、1〜2日で復旧し、共同利用のためのマシンタイムに大きな影響は無かった。
Ｓバンドライナックにおいては、ＲＦ出力の減少がみられ､不良個所を探した結果、クライストロンにＲＦを供給するクライストロンパルサー内のモジュレーターの部品である4極管（4ＰＲ1000A）が原因であることがわかった｡これの予備品がなかったためＫＥＫからお借りし実験を再開した｡

４．レーザーフォトカソードＲＦ電子銃を
４．レーザーフォトカソードＲＦ電子銃を用いたＳバンド電子ライナック
4.1

概要

パルスラジオリシスにおける時間分解能の向上と利用実験の拡大を目指してレーザーフォトカソードＲＦ電子銃と新しいSバンドライナックを導入した。
クライストロンはこれまでと同じPV3035（三菱電機）で、ＲＦ電力伝送路も一部従来のSバンドライ
３. Lバンド電子ライナックの高性能化ナックと共用しており、運転はこれまで陽電子発生用に利用されてきたＳバンドライナックと、利用時産業科学ナノテクノロジーセンターにおけるナノに切り替えて行う。新たに設置したSバンドライテクノロジー関連の研究を推進するために、Lバンナックを図３に示す。
ドライナックを改修する予算が認められ、高性能化レーザーフォトカソードＲＦ電子銃から発生したのための改造が行われた。Ｌバンドライナックのブ低エミッタンス電子線パルスをＲＦ電子銃下流に設ロック図を図２に示す。改造の主な目的は、フェム置されたライナックのＲＦ位相を調整することにト秒の時間領域で起きる超高速現象を解明するためよってエネルギーモジュレーション化し、最後に磁にライナックの動作を高度に安定化し、高い精度で気パルス圧縮法を用いてフェムト秒までパルス圧縮再現することである。そのため、これまで用いてきた20 MWと5 MWの2台のクライストロン装置を廃し、 する。本装置では､従来のL‑バンドライナックを比べ、本システムでは電子線パルス長が数十フェムト新たに導入された30 MWクライストロンと高安定な秒までに圧縮でき、低エミッタンスのため高輝度にパルスモジュレータにＲＦ源を１本化した。これになるため、高S/N光吸収分光の実現が期待できる。
伴い、ＲＦ電力伝送路に、バンチャー系(PB, B)へＲ
またパルスラジオリシスの性能向上のために、電子Ｆ電力を分岐・制御するための電力分割器と可変減線パルスの発生、加速および圧縮を高精度で制御す衰器を追加した。また、これまでサブハーモニックる必要がある。このため高速PLCを用いた制御シス
バンチャー（SHB）は、電源から供給されるＲＦ電テムを導入した。また、冷却水システムとクライス力のパルス長が短いため、空洞内の加速電場が安定トロンシステムを安定化するための改善も行った。
な領域で使用することができなかったため、このSHB電源を長パルス電力が供給できるものに更新した。さらに、これらＲＦ電力を受ける加速空洞に温4.2 電子銃部
度安定度±0.03 ℃という高安定な冷却水を供給できる新しい冷却水システムを導入した。また、これ電子銃には住友重機械製のBNL−GunVIタイプのら更新機器を統括制御するために、産業分野で実績レーザーフォトカソードを用いている。この加速空のあるプログラマブル・ロジック・コントローラ
洞はS‑バンドの1.6セルと採用され、電子発生用の(PLC)を主体とした計算機制御システムを一部に導フォトカソードの材質は無酸素銅である。フォトカ入した。また電磁石電源類やプリバンチャー系の可ソードの光源としては、全固体ピコ秒レーザーを用変減衰器と位相器、計算機制御システムと同じPLCいた。本ＲＦ電子銃では、レーザー入射角度70°のをベースにしたライナック施設の安全系インター入射ポートが取り付けられているが、レーザー光をロックシステムなどを更新した。
そのままに入射するとカソード面でのレーザー光形状が楕円になり、発生した電子ビームの形状も楕円図3

レーザーフォトカソードＲＦ電子銃を用いたフェムト秒ライナックとパルスラジオリシスになり、エミッタンス増大の原因になる。そのエミッタンス増大を避けるために、本システムではＲＦ電子銃下流の真空チェンバーに光反射用のプリズムを設置し、図３に示すようなカソード面に対して垂直のレーザー照射方法を採用した。

4.3 加速管部

クから発生したエネルギー19.1 MeV、規格化エミッタンス100 mm‑mrad、パルス幅6.6 psの電子パルスを 850 fs が 得 ら れ て いるが [2] ､本システムでは、レーザーフォトカソードＲＦ電子銃を利用している
ため、L‑バンドライナックに比べてビームのエミッタスが1/100まで改善でき、シミュレーション結果からは電子パルスの圧縮を数十フェムト秒まで可能であることが示された。

加速管は三菱重工製の長さ2 ｍのS‑バンド進行波型を採用した。加速管とＲＦ電子銃には、同一クラ５．まとめ５．まとめイストロンから2分配されたＲＦがそれぞれ供給される。加速管とＲＦ電子銃に供給されるＲＦピーク
平成14年度はＬバンドライナックの高性能化が認
パワーはそれぞれ25 MWと10 MWであり、ＲＦパルスめられ､冷却水や電源部等が高性能のものに更新さ幅は4 µsとなっている。運転繰り返しは10 Hzであれた。これによりパルス安定度が改善され､データる。電子加速エネルギーは最大20 MeVである。ＲＦの収集に大きく寄与するものと期待される。また、の位相調整は、ハイパワーＲＦ伝送ラインに取り付新たにレーザーフォトカソードＲＦガンを備えたＳけたフェーズシフターを用いて行う。そのＲＦ位相バンドライナックも設置され､これまで以上の超高調整により電子パルスがエネルギーモジュレーショ速反応過程も研究できる環境となった。これらを用ン化される。電子ビームを安定化させるためには、いた本格的研究は本年度から行われる予定であり､クライストロンのＲＦ出力を安定化する必要がある。 多くの成果が得られるものと期待される。
そのため、本クライストロンのパルス電源には、PFNを10段にし、充電電源を安定化させることにより出力パルス電圧の安定度を0.2 ％以内に抑えた。
参考文献

4.4

パルス圧縮部

電子パルス圧縮は、45°偏向磁石2台と四極電磁石4台と構成された磁気パルス圧縮システムを用いて行われている（図３）。これまで磁気パルス圧縮法を用いてL‑バンドライナックから発生した電子パルス圧縮実験を行った結果では、‑バンドライナッ[1] Y. Yoshida, et al.,

“阪大産研Lバンド及びＳバンドラthイ ナ ッ ク の 現 状 ”, Proceedings of the 27 Linear
Accelerator Meeting in Japan, Kyoto, Aug. 7-9, 2002.
[2] T. Kozawa, Y. Mizutani, K. Yokoyama, S. Okuda, Y.
Yoshida and S. Tagawa, “Measurement of Far-Infrared
Subpicosecond Coherent Radiation for Pulse Radiolysis”,
Nucl. Instrum. Meth., A429 (1999) 471-475.