Proceedings of the 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (August 4-6, 2010, Himeji, Japan)

Present Status of Synchrotron Radiation Facility SAGA-LS
SAGA Light Source Accelerator Group
8-7 Yayoigaoka, Tosu, Saga, 841-0005

Abstract
We report recent status and developments at the SAGA-LS accelerator. The storage ring has been stably operated
with beam current of 300 mA. The accidents on user operation have certainly reduced from the official opening. The
beam abort attained to order of 10-3 at FY 2009. Six bending magnets and two undulators of APPLE-Ⅱ and planar areunder operation as light sources at present. A laser Compton scattering experiment using a CO2 laser has been carriedout. The first 3.5-MeV gamma rays were observed in December 2009. As new hard X-ray source, a hybrid
superconducting three pole wiggler with peak filed of 4 T was developed and installed to a long straight section LS2 ofthe storage ring in March 2010. The first light around 30 keV was observed July 2, 2010. The wiggler beam line BL7 isunder commissioning.

放射光施設 SAGA-LS 施設現状報告
1.

1.E+17

はじめにLS3U APPLE2

1.E+16Flux Density[ph/s/mr^2/0.1%b.w./300mA]

放射光施設 SAGA Light Source (SAGA-LS)では
BM臨界エネルギー
1.E+15
1.9keV
2008 年の増築工事以降、県有及び他機関ビームラ1.E+14インの新設、移設が進んだ。図 1 に実験ホールの現1.E+13状を示す。立ち上げ中の BL7 を含めユーザー用ビームラインは 9 本となった。加速器は定常的な運
1.E+12転サイクルに則ってユーザーに放射光を提供してい1.E+11る。コミッショニング中の超伝導ウィグラーも含め1.E+10た施設の全光源スペクトルを図 2 に示す。
SAGA-LS 加速器グループではユーザー運転を行
1.E+09
1.E+01
1.E+02
1.E+03
1.E+04
1.E+05
いつつ、既設加速器系のさらなる安定化、性能向上
光子エネルギー[eV]及び挿入光源等の開発を継続的に進めている。本報
図 2: 光源スペクトル
告では 2009 年以降 2010 年 7 月現在までの加速器の状況及び加速器に関わる開発研究について報告する。 転を行っている。放射光光源としては、偏向電磁石
6 及び、アンジュレータ 2 (LS3U-APPLE-Ⅱ[1-3]、2. 光源加速器及びビームライン
LS4U-佐賀大プラナー)が運用されている。また現在、開所以来段階的に蓄積リングの貯蔵電流増大を 後述の超伝導ウィグラーがコミッショニング中であ行ってきた。2009 年 6 月以降、蓄積リング高周波 る。
ビームラインは現在、県有 4、他機関ビームライ系の設計負荷である蓄積電流 300mA でユーザー運
LS4U
PLANAR

図 1：実験ホール現状-116-

ウィグラー臨界エネルギー
5.2keV

4T超伝導ウィグラー
SCW

偏向電磁石
BM

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2000
ユーザー運転時間[h]ン３（九大１、佐賀大１、ニコン１）が運用中である。ビームラインの内わけを表１に示す。APPLEⅡラインである BL10 では 2009 年度より PEEM、ARPES の実験が開始された。また現在、新 BL として超伝導ウィグラーライン BL7 が立ち上げ調整中である。

増築による運転時間減

1500
10005000
2005

2006

2008

20092010

年度

表１: ビームライン内わけ
BLSource
Photon Energy
BL06 Bending Magnet
3-23 keV
BL07 Bending Magnet
4.2-37 keV
BL09A Bending Magnet
White( >3 keV )BL09B Bending Magnet
10-50 eV
BL10 Undulator (APPLE2) 30-1200 eV
BL11 Bending Magnet
3-23 keV
BL12 Bending Magnet
40-1500 eV
BL13 Undulator (planar) 15-600 eV
BL15 Bending Magnet
3-23 keV

2007

MethodOrganization StatusXAFS,SAXS
Kyushu Univ. Operating
XRD,XAFS
Saga Pref. Commissioning
LIGA
Saga Pref. Operating
Photo Excitation
Saga Pref. Operating
PEEM, ARUPS
Saga Pref. Operating
XAFS, SAXSSaga Pref. Operating
XPS, XAFS
Saga Pref. Operating
ARPES
Saga Univ. Operating
XAFS, XRD
Saga Pref. Operating
Imaging
Irradiation
Nikon Corp. Operating
Multilayer Refrection

図 4 :ユーザー運転実績
3.2 ビームアボート

月平均アボート率[%]

ユーザー運転におけるビームアボート率は開所以降減少を続けている（ここでいうアボート率とはBL18 Bending Magnet～92 eV
ユーザー運転実績時間に対するユーザー運転中の故障中断時間の比である）。開所から 3 年間は主にリニアッククライストロン系及び蓄積リング電磁石電
3. 運転状況
源の重故障が年間のビームアボートを決め、10-2台3.1 運転サイクル及び運転実績であった。2009 年度は重故障はなく、10-3台となっ
図 3 に典型的な運転週の例を示す。加速器の運転 た。本年度も 7 月現在までのところ 2009 年度と同は、月曜マシンスタディ、火曜～金曜ユーザー運転、 じ程度のアボート頻度で推移している。
土日停止のサイクルで定常的に行われている。入射は 1 日 2 回行われ、ユーザー運転時間は 10 時間/日
2009年度
2008年度
2006年度
2007年度
平均 0.25%
平均 3.8%
平均 7.0%
平均 6.4%である（ユーザータイム不足時や BL 立ち上げ調整50等で必要に応じて終夜及び土日運転も行われる）。
リニアック
クライストロン2
点検改修のためのシャットダウンは積算でおおよそ40
カソード故障リニアッククライストロン1
カソード故障2 ヶ月/年程度である。
30
リング偏向電磁石2006 年開所以来のユーザー運転時間を図 4 に示
電源故障
す。増築工事による 2008 年度の減少を除くとおお20300mA運転開始時
よそ 1500 時間前後で推移している。これは上述の空洞系故障
リング偏向電磁石
10
電源故障
運転サイクルとシャットダウン期間によってほぼ決まる。継続的な 24 時間運転による運転時間拡大の0
潜在的ニーズはあるが、現状の人的体制では難しい
2006年4月 2007年4月 2008年4月 2009年4月 2010年4月
状況である。
図 5: 開所以降 4 年間の月及び年平均ビームアボー
ト率
マシン
スタディ
月

ユーザー利用
火水木

運転停止
金土

日

350
300

蓄積電流[mA]

250
200
150
10050

入射調整

10月6日

10月7日

ユーザー運転

10月8日
10月9日
DATE

入射調整

350

10月11日

10月12日ユーザー運転ビーム電流
ビームエネルギー300
蓄積電流[mA]

10月10日

250
200
1.5

150
1005009時00分

1.0

1.4GeV蓄積

0.5

255MeV入射

ビームエネルギー[GeV]0
2009年10月5日

0.015時00分
TIME

21時00分
2009年10月4日

4.

開発

4.1

レーザーコンプトン実験

ビームモニター及びガンマー線応用を目的に蓄積
リング入射長直線部LS8 において、CO2レーザーによるレーザーコンプトン(LCS)実験の準備をすすめてきた[4]。レーザー波長 10.6μm、ビームエネル
ギー1.4GeVの条件で 3.5MeVのガンマー線が生成する。CO2 レーザーを選択した理由はLCS反眺電子がRFバケットを越えないため、LCSによるビーム寿命低下がなく、放射光を利用するユーザー運転と共存できるメリットがあり、加えてレーザーのパワーあたりのコストが他レーザーに比べ低いためである。
2009 年 12 月に初めて実験を行い、3.5MeVのガンマー線の観測に成功した[5]。現在、実験系の改善、最適化を進めている[6]。図 6 に実験系セットアップ
及び観測されたスペクトルを示す。

図 3: 典型的な週（上）と日(下)の運転サイクル-117-

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図 6: レーザーコンプトン実験セットアップ(上)及び BGO 検出器で観測されたガンマー線スペクトル(下)4.2 超伝導ウィグラー冷媒を使用するシステムに比べ、構成を単純化した。
またウィグラー磁場による軌道変位を抑えるためメインポール磁極では横方向リターンヨークを廃し、ビーム軸方向磁極両端に大型のフィールドクランプを設けた。2010 年 3 月に製作が終了し、長直線部LS2 に設置された[5]。設置直後の状況を図 7 上に示す。2010 年 4 月には極低温に達し、5 月より励磁試験を開始し、低電流蓄積状態での 4T 励磁試験に成功した。6 月にビームライン BL7 にウィグラー光を導入し、BL7 上流部においてファーストライトが観測された(図 7 下参照)。7 月には分光器による試験で 20～40keV 領域の硬 X 線が発生していることが確認された。7 月以降は BL7 の立ち上げ調整のためにユーザー運転時間外に 10 時間/週程度低電流でウィグラー光の提供を開始した。またこれと平行し、蓄積電流増大試験を進め、ほぼ 300mA でウィグラー励磁試験に成功した。現在実用的なユーザー運転を行うためにウィグラーの励磁消磁パターン及びその手順の最適化スタディを進めている。

まとめ
より高エネルギーの X 線提供を目的に、超伝導 5.
ウィグラー(LS2W)の開発を進めた[7-9]。本ウィグ
SAGA-LSでは定常サイクルに則って安定にユー
ラーは長期にわたる運用の安定性と人的負担軽減を ザー運転を行っている。蓄積電流は 300mAに達し、特に考慮して設計された。3 極型ウィグラーでメイ ビームアボートは 10-3台まで低下した。既設加速器
ンポール超伝導 4T、サイドポール常伝導 0.97T の の性能維持向上を行いつつ、開発研究を進めている。
ハイブリッド構成である。メインポールのみ超伝導 2009 年末にレーザーコンプトンによるガンマー線としたのは、クライオスタットのコンパクト化、冷 生成に成功した。これと平行して超伝導ウィグラー凍機系の負荷抑制が目的である。また冷凍機系は、 の開発を進め、4T磁場による放射光発生に成功し、液体ヘリウムを使用せず、超伝導コイルを小型 GM ビームラインへのウィグラー光の試験的な提供を開始した。
冷凍機によって直接冷却する伝導冷却方式を採用し、参考文献

図 7: LS2 設置直後の超伝導ウィグラー(上)及び BL7 上流部蛍光板において観測されたウィグラー光による蛍光(下)。

[1] S. Sasaki, “Analyses for a planar variably-polarizingundulator”, Nuclear Instruments and Methods in Physics
Research A347, 83-86, 1994
[2] 江田他、”SAGA-LS における APPLE-Ⅱアンジュレータの製作”、第 22 回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム予稿集、東大、108, 2009[3] 金安他、”電子ビームを用いた可変偏光アンジュ
レータの不整磁場評価”、第 6 回加速器学会年会報告集, 原研東海、230-232, 2009[4] 金安他、”SAGA-LS におけるレーザーコンプトンガンマ線生成の準備状況”、 第 6 回加速器学会年会報告集, 原研東海、237-239, 2009[5] S. Koda, et al., “Progress and Status of Synchrotron
Radiation Facility SAGA Light Source”, Proceedings ofIPAC10, WEPEA040, Kyoto, 2579-2581, 2010
[6] 金安他, “SAGA-LS におけるレーザーコンプトンガンマ線の生成試験”、本年会発表 WEPS034[7] 江田他、” SAGA-LS における超伝導ウィグラーの設計検討”、第 6 回加速器学会年会報告集, 原研東海、112-114, 2009[8] T. Semba, et al., “Design and Manufacture ofSuperconducting Magnet for the Wiggler in SAGA-LS”,
Proceedings of IPAC10, MOPEB038, Kyoto, 358-360,
2010[9] 阿部他、”SAGA-LS 放射光源用超伝導磁石の磁場設計”、本年会発表 FRLH04-118-