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

STATUS OF UVSOR-II
Masahiro Katoh1, Masahiro Adachi, Heishun Zen, Jun-ichiro Yamazaki, Kenji Hayashi
UVSOR Facility, Institute for Molecular Science, National Institutes of Natural Sciences
38 Nishigo-naka, Myodaiji, Okazaki, 444-8585
Abstract
Top-up operation for users has been started at UVSOR-II, a 750 MeV synchrotron light source. The beam current isapproximately kept constant at 300 mA in the multi-bunch mode and at 50 mA in the single bunch mode. The freeelectron laser and the coherent light source experiments are also run in the top-up mode. In spring 2010, the beamtransport line and a part of the storage ring were reconstructed to move the injection point from a long straight section
to a short one, to create a space for new undulators which will be installed in next spring for developing coherent lightsources.

UVSOR施設の現状
１．はじめに

表 1: UVSOR-II の主要パラメタ

自然科学研究機構分子科学研究所の放射光施設 Electron Energy
750 MeVUVSORは1983年の稼働開始以来、極端紫外光からテ Circumference
53.2 mラヘルツ波に至る低エネルギー放射光を全国の利用 Natural Emittance
27 nm-rad者に供給を続けている。放射光ビームラインは現在 Natural Energy Spread
4.2x10-412本が稼働しており、そのおよそ2/3が共同利用に RF Frequency
90.1 MHz供されている。残りは分子科学研究所所属の研究者 Harmonic Number
16の専用ラインである。年間約40週運転し、利用者数 Bending Radius
2.2 mは年平均800人を超える[1]。
Straight Sections
4m x4, 1.5m x4
UVSOR施設の中核装置である750MeV電子蓄積リン RF Voltage~100 kV
グは、典型的な第2世代の極端紫外光源用リングと Betatron Tunes(~3.75, ~3.20)して設計・建設されたが、2000年以降改造を重ね、 Momentum Compaction
0.028
現在では、エミッタンス27nm-rad、挿入光源用直線 Natural Bunch Length
108 ps部6本を有する高輝度光源UVSOR-IIに生まれ変わっ Beam Currentている[2, 3] 。2010年6月現在、4台のアンジュレータ(multi-bunch mode)
300 mA (top-up)
が稼働している。
(single bunch mode)
50 mA (top-up)
ここ数年はいわゆるトップアップ運転の実現を目指して加速器の高度化を続けており、既に2年前より試験的にユーザータイムの一部をトップアップモードで運転してきたが[4] 、2010年7月以降、全て２．トップアップ入射のユーザータイムをトップアップモードで運転してUVSOR-IIは1GeV以下の低エネルギー放射光リングいる。
光源開発研究では、長年継続している共振器型自 としては世界最高レベルの低エミッタンスマシンで
由電子レーザー[5] に加えて、最近は外部レーザーを あり、Touschek効果による寿命の短縮が避けられな利用した光発生に関する研究開発に力を入れている。 い。従来、6時間毎にビーム入射を行ってきたが、テラヘルツ領域のコヒーレント放射光[6,7,8]、真空紫 入射直後で350mAのビーム強度が再入射直前には外領域のコヒーレント高調波光[9,10,11,12] 、レーザー 120mA程度まで低下する。刻々と放射光強度が変化コンプトンガンマ線[13,14]の発生に成功している。今 することに加え、加速器本体や放射光ビームライン
後は、文部科学省量子ビーム基盤技術開発プログラ 光学素子への熱負荷も変化することが電子ビームやムの下で、入射点を移設することで作り出した新し 放射光ビームの安定性を損ない、放射光利用の妨げい直線部を利用して、応用を視野に入れて研究を推 となる。ビーム寿命の改善のために、高調波空洞の利用 [15] や高周波加速空洞の増強 [16] を行ってきたが、進していく予定である。
本報告では、トップアップ運転の状況、入射点の 究極的にこの問題を解決するためにトップアップ入移設による直線部増設などを中心に、UVSOR-II加速 射の導入を計画し、準備を進めてきた。
これまでに放射線遮蔽の増強、入射器及び入射路器の現状について述べる。
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E-mail: mkatoh@ims.ac.jp-70-Proceedings of the 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (August 4-6, 2010, Himeji, Japan)

トップアップ運転下では、これまで運転に深刻なのフルエネルギー化を完了し、2008年後半よりユーザー利用マシンタイムの一部に試験的にトップアッ 影響を与えることのなかった入射器の長時間の安定プ入射を導入した。UVSOR-IIのトップアップ入射は 性が問題となっている。24時間連続運転でないこと
1Hzの繰り返しで入射器を動作させ、所定の電流値 による加速器室温や電源装置・加速器本体の温度変に達するまで最大10秒間入射を継続する。10秒間以 化などに起因するものと思われるが、パルス電源を内に目標電流値に達した場合にはその時点で入射を 中心に、数分から数時間スケールでの比較的ゆっく中断する。これを1分毎に繰り返すことで一定電流 りした出力変動が観測されている。デジタルオシロ値を実現している。マルチバンチモードでは300mA、 スコープを活用した簡便なフィードバックシステム
シングルバンチモードでは50mAで12時間以上連続の が非常に有効に機能し、運転の省力化に威力を発揮
トップアップ運転に成功した[17]。
している。
現在の入射用キッカー磁石の配置と磁場強度では、シングルバンチモードでのトップアップ運転では入射効率の最適条件下ではバンプ軌道が閉じないこ ライナックを短パルスモードで運転し、ブースターとから、入射の瞬間に電子軌道が動き、これがビー シンクロトロンの段階からシングルバンチにしていムライン側では放射光強度の瞬間的な変化となって る。時間分解放射光実験のため1年に2週間程度シン観測される。一部の実験では計測結果に無視できな グ ル バ ン チ 運 転 を 実 施 し ているが、 これまではい影響が出ることから、入射タイミング信号を配信 Touschek効果のためビーム寿命が非常に短く4時間し、入射時にはデータ取得を停止することで影響を 毎に入射が必要であった。トップアップ運転の導入取り除くことに成功した。この結果を受けて、2010 により入射による中断のない一定電流での実験が可
年7月以降はユーザー運転を100%トップアップ運転 能となり、実験効率は大幅に向上した。また、自由で実施している。将来的にはパルス多極磁石を用い 電子レーザーやコヒーレント光源開発などもトップた入射方式の導入 [18] により、この問題を解決した アップ運転下で実施できるようになり、研究開発のいと考えている。
効率も大きく向上している[4]。

図１．UVSOR-IIの蓄積ビーム電流. 毎週火曜日から金曜日までのユーザー運転での蓄積ビーム電流．トッ
プアップ導入前（上）と導入後（下）．1日12時間運転を基本とし、現在では木曜日朝から金曜日夜まで36時間連続で運転している。

図2．2010年春改造前後のUVSOR-II

３．入射路移設（上；改造前、下；改造後）.入射路の移設により新たに4m直線部1本が挿入光源に利用可能となった。

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2003年の高度化改造 [2] によ り 、 リ ン グ は4ｍ 直線部4本、 1.5m直線部4本の計8本を 有する こ と と な った 。 4m直線部のう ち 1本は入射、 も う 1本は高周波加速空胴と 1mの真空封止型ア ン ジ ュ レ ータ に利用さ れて いた た め、 ア ン ジ ュ レ ータ を 設置でき る 4m
直線部は2本のみであ っ た 。 2005年にRF空胴を 更新
し た 際に、 旧空胴を 撤去し 、 新空胴は1.5m直線部に移設し た [16] 。 ま た 、 同じ 直線部にあ っ た 1m真空封止型ア ン ジ ュ レ ータ も 別な 1.5m直線部に移設し た。
こ の結果、 ４ m直線部3本がア ン ジ ュ レ ータ に使用可能と な り 、 可変偏向型ア ン ジ ュ レ ータ 1台を 導入
する こ と ができ た [19]。
残る ４ m直線部は入射点であ っ た が、 こ れを ア ンジ ュ レ ータ 用と する た めに、 入射路に偏向磁石3台四極磁石3台を 追加する こ と で延長し 、 1.5m直線部に入射点を 移す改造を 2010年春に実施し た。 改造前
後のリ ン グ の機器配置を 図2に、 ま た 、 入射点付近の様子を 図3に示す。 こ の改造のた めに、 入射路の改造に加え て 、 セプタ ム 電磁石、 キ ッ カ ー電磁石、RF空洞、 そ の他ビ ーム 診断機器類の移設を 行っ た 。
改造は2010年3月から 5月の3ヶ 月間で予定通り 終了
し 、 1ヶ 月間の立ち 上げ調整運転の後、 6月末よ りユーザー運転を 再開し た 。

ン ジ ュ レ ータ と し て 輝度を 向上し 、 光電子分光研究専用と する こ と も 計画し ている 。
蓄積リ ン グ では、 収束電磁石系は2003年に更新して いる が、 偏向電磁石が製造後30年に近付き つつあり 、 こ れを 複合機能型偏向電磁石に交換する こ と で更な る 低エミ ッ タ ン ス 化を 実現する こ と を 検討し ている 。
以上のよ う な 近未来の将来計画を 着実に実現し つ
つ、 施設の全面更新を 視野に入れた本格的な次期計画の検討を 今後数年間かけて行う 予定であ る 。 極紫外・ 軟X線から テ ラ ヘルツ 波ま で、 我が国における低エネ ルギ ー放射光研究の将来を 担う 施設と し て、国内外の大型施設の動向や加速器技術の発展を にらみつつ、 超低エミ ッ タ ン ス リ ン グ 、 シン グ ルパス 自由電子レ ーザー、 低エネルギーエネルギー回収型ライ ナッ ク な ど 様々な可能性を 検討し ていき たいと 考
え ている 。

謝辞
入射路改造、コヒーレント光源開発は、文部科学省量子ビーム基盤技術開発プログラムのもとで実施されている。2010年春の改造では、保坂将人、山本尚人、高見清、持箸晃の各氏にご協力いただきました。感謝いたします。

参考文献[1] e.g. UVSOR Activity Report 2009 (2010)[2] M. Katoh, et al., AIP Conf. Proc. 705 (2004) 49-52[3] M. Katoh et al., NIM A 467-468 (2001), 68-71.
[4] H. Zen et al., presented at iPAC10.
[5] M. Hosaka et al., Proc. FEL2006 (2006, Berlin), 368-370[6] M. Shimada et al., Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 46, No.12(2007) pp.7939-7944[7] S. Bielawski et al., Nature Physics, 4 (2008) 390-393[8] M. Shimada et al., Phys. Rev. Lett. 103, 144802 (2009)[9] M. Labat et al., Euro. Phys. J. D Vol. 44, No. 1 (2007) 187200[10] M. Labat et al., Phys. Rev. Lett. 101, 164803 (2008)[11] M. Labat et al., Phys. Rev. Lett. 102, 014801 (2009)
図3．蓄積リングビーム入射点とビーム入射路終端部[12] T. Tanikawa et al., in these proceedings（左：改造前、右：改造後）[13] Y. Taira et al., Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. Sect. A(2010), doi:10.10.16/j.nima.2010.02.035[14] Y. Taira et al., submitted to Nucl. Instr. Meth. Phys. Res.
Sect. A.
４．将来計画[15] M. Hosaka et al., Proc. 25th ICFA Advanced Beam
Dynamics Workshop (Shanghai, 2001), 171-173
2010年春の改造によ り 4m直線部全て が挿入光源[16] A. Mochihashi et al., Proc. EPAC2006 (2006, Edinburgh),に利用可能と な っ た。 今回新たに創出さ れた直線部
1268-1270には2011年春にア ン ジ ュ レ ータ 2台を 直列に設置し 、 [17] M. Katoh et al., presented at SRI09 (2009, Melbourne)
外部レ ーザーを 利用し たコ ヒ ーレ ン ト テラ ヘルツ 放[18] H. Takaki et al., Phys. Rev. ST Accel. Beams 13, 020705
射光やコ ヒ ーレ ン ト 高調波発生の開発研究や利用法(2010)の 開拓に利用さ れる 予定で あ る [20] 。 自由電子レ ー [19] S. Kimura et al., Rev. Sci. Instr. 81, 053104-(1-7) (2010)
ザー研究も 新し い直線部で展開する 予定であ る 。 残 [20] M. Adachi et al., in these proceedings[21] S. Kimura et al., J. Electron Spectroscopy and Related
る 直線部は1.5m直線部1本と な る 。 こ の直線部へのPhenomena 80 (1996)437
ア ン ジ ュ レ ータ の導入と ビ ーム ラ イ ン の建設が次の課題と な る 。 ま た 、 こ れま で 長年、 自由電子レ ー
ザーや光源開発研究に使用さ れてき た可変偏光型光ク ラ イ ス ト ロ ン [21]の磁石列を 交換し 、 可変偏光型ア-72-