FZD訪問報告
2010年12月17日 第49回ERL検討会
高エネルギー加速器研究機構
加速器第７研究系 山本将博

FZD研究所の場所
ドレスデン中央駅－ドレスデン空港駅（電車で15分程）
ドレスデン中央駅－FZD研究所（バスで30分程）
ドレスデン空港

9月21日~24日にボンで開催されたPESP2010
参加後、9月27日、28日の2日間FZDを訪問
日の2日間FZDを訪問。

FZD研究所
ドレスデン中央駅

エルベ川

ELBE (Elektronen‐Linearbeschleuniger für Strahlen hoher
Brillanz und niedrigerg Emittanz))
研究棟

ユーザー利用棟

バス停

ELBE

FZD入口にドレスデン中央駅から乗り換え無しで来れるバス停がある。

ELBEは2000年頃より建設。現在はユーザー利用もされている。
もされる
加速器系のスタッフはポスドク等含めて30名程度。
30名程度

ELBE加速器全体図

FZD ELBEホームページより転載。

100TW laser棟は
建設中。
建設中

【熱電子銃（250kV）】＊大気中にHV stationがある。
t ti がある＊HV station（大気中）と隣接して熱電子銃用の電源、グリットのパルサー電源電源のstationがあり、stationは接地に対して2段のdividerで支持。
がありは接地 対し 段支持
＊電子銃へのHV供給の際、セラミックの中間部に金属製のリングが外側にはめられており、そのリングとStationの2段目のDividerが同電位となるように接続されて る。
ように接続されている。
＊電子銃は、13MHzで運転されている。電荷量は77pC エミッタンスは約8mm mrad
77pC,エミッタンスは約8mm.mrad。
＊最初のバンチ長は500ps。その後260MHzのバンチャ と1 3GHzのバンチャ を経て主加速前にバンチャーと1.3GHzのバンチャーを経て主加速前に10ps以下となる。TESLA型の9連空洞(2組)のSRF加速
空洞で20MeV加速される。このクライオスタットが2台でで、40MeVまで加速される。バンチャー部分までの真空度はE‐6まで加速される バンチ
部分までの真空度はPa程度。
程度
1.3GHzのバンチャーの後にSRF‐gunからの合流部がある。

The Second Workshop on High Average Power & High Brightness Beams
J. Teichert氏発表スライドより。

INTRODUCTION

Radiation Source ELBE

Generation of high-brightness electron beams
RFFIELD

1. direct production ofshort pulses:
laser & photo cathode
2.

LASER

high acceleration
field at cathode:radio frequency field
3. CW operation forhigh average current:
superconducting cavity

e-SC NIOBIUM
CAVITYPHOTOCATHODESRF PHOTOINJECTOR

Institute of Radiation Physics  Jochen Teichert  www.fzd.de  Forschungszentrum Dresden-Rossendorf

The Second Workshop on High Average Power & High Brightness Beams
J. Teichert氏発表スライドより。
Radiation Source ELBE

BEAM PARAMETERSSRF Gun Parameterparameter

present cavity
measured ´08

ELBE

new “high gradient cavity”
high charge

ELBEhigh charge

final electron energy

2.1 MeV

3 MeV≤9.5 MeV

peak field

13.5 MV/m

18 MV/m

50 MV/mlaser rep. rate1 – 125 kHz

13 MHz2 – 250 kHz

13 MHz≤500 kHzlaser pulse length(FWHM)

15 ps

4 ps

15 ps

4 ps

15 ps

laser spot size

2.7 mm

5.2 mm5.2 mm

2 mm

5 mmbunch charge≤ 200 pC

77 pC

400 pC

77 pC

1 nC

max. aver. Current

1 µA

1 mA

100 µA

1 mA

0.5 mApeak current

13 A

20 A

26 A

20 A

67 A

3±1 mm mrad
@ 80 pC

2 mm mrad

7.5 mm mrad

1 mm mrad

2.5 mm mradtransverse. norm.
emittance (rms)

Institute of Radiation Physics  Jochen Teichert  www.fzd.de  Forschungszentrum Dresden-RossendorfSRF‐Gun （その１）＊カソードはCs2Te。スーツケースでインストールする。インストールの際は、SRF‐gun本体の冷却は止める。また、スーツケースの接続の際は接続箇所のベ キングが必要のベーキングが必要。
＊カソードは後部から液体窒素にて冷却される構造になっている。
＊運転は最高で125kHz。レーザーのアンプ系で制約を受ける。（再生増幅器を使用するためを使用するため、Pockelscellの駆動に限界がある。）の駆動に限界がある ）将来は全てSolid Stateのアンプを使用して13MHzの運転を行う予定。
＊電子銃部への電力は最大で10kW。
＊カップラー部は、warm側で一度Vacuum windowを介し、Cold側にもうひとつのVacuum windowがある。各windowには放電を監視するための光電子増倍管 付け管が付けられている。あるレベルを超えるとインターロックで止まる。
る。あるを超 る
タックる。
＊カソードにはRF電場とは別にDCの電圧（数kV）がかけられる。カソードはCavityには接触しておらず、カソードの後方にチョーク型Cavityが設置されている。カソ ドとCavityの間は1mmの隙間がある。ている。カソードとCavityの間は1mmの隙間がある。
（Cavity側の穴φ12mm、カソードφ10mm）＊真空作業時は全て簡易クリーンブースを設置した状況で作業を行う。
詳しくはhttp://www.fzd.de/db/Cms?pNid=145 をご覧ください。

SRF‐Gun （その２）＊定常運転のため、SRF‐gunにRFを供給しない時は、SRF‐gunのクライオモジュール内にあるヒーターで同量の熱を発生させ、常に同じ温度・圧力となるようにコントロールしている。特に圧力を 定にしないと共振周波数が変化する問題がある。
している。特に圧力を一定にしないと共振周波数が変化する問題がある。
＊レーザーの導入は、SRFモジュール前方にあるICF70の６方管から行う。レーザーは途中の経路で2%程度splitされて、Vacuum側のミラ およびカソ ド同じ距離に設置途中の経路で2%程度splitされて、Vacuum側のミラーおよびカソード同じ距離に設置された２つモニターでミラー位置およびカソード位置での照射位置をコントロールしている。
（２つのミラーに対してフィードバックをかけている。）＊電子銃出口には大きめのソレノイドが設置されている。ソレノイドの位置や傾きはすべてリモートでコントロール可能。
＊カソードのトランスファーはベローズを使用している。ステージには電子銃へカソードをこすらずに入れるため、高さや傾きを微調できる構造になっている。
＊カソードは数個同時にストックされている。
＊SRF‐gun下流にはBMで、ELBEへ入射するためのビームラインとビームの診断部ラインの切替を行っている。

SRF‐Gun （その３）＊ビーム診断部には、2箇所にスリット、スクリーン、OTR、FCが設置されビ
診断部
箇所
クが設置されており、1箇所で4つのモニターを、ベローズ長をコントロールして切り替えている。
＊2箇所のモニターの下流に180度切替えのBMによるエネルギーアナライザが設置されている。パルス長の測定はチェレンコフ光モ タ およイザが設置されている。パルス長の測定はチェレンコフ光モニターおよびストリークカメラを利用している。
現在のシステムではエネルギー拡がりは約10keV。
＊ELBEビームラインへの輸送効率は98％以上で行う。（インターロックで2.5%以上のロスが合った場合には止める）＊SRF‐gunでは最大8MeVまで加速できるが、現在は3MeVで運転している。SRF‐gunのチューニングは、ハーフセル部と３Cavity部の2箇所でCavity長を独立に調整できるシステムを使って行っている。チョークモー
長を独立に調整できるシ テムを使 て行 ている チ
ク
ドCavityのチューニングは設置時に（ネジを締める等で）行えるだけで、フィードバックはかけられない。
＊ストレージChamberにあるカソードとの交換は30分程度でできる。

SRF-Gunクライ
オスタット
ソレノイド

Laser導入部

合流用のBM１

BM1からの経路

診断部への経路

スクリーンモニタ、FC、スリット
挿入部

主加速部（SC）へ

The Second Workshop on High Average Power & High Brightness Beams
J. Teichert氏発表スライドより。
Radiation Source ELBE

BEAM PARAMETER MEASUREMENT
Schottky scan – energy & energy spreadscreen DV04 (YAG)
4.4 m from cathode-160°,
σx = 600 µm

energyenergy spreadscreen DV05
same optical path as DV04

15 pC
Institute of Radiation Physics  Jochen Teichert  www.fzd.de  Forschungszentrum Dresden-Rossendorf

SRF-Gunクライ
オスタット

NEG,IPの排気装置

カソード挿入方向

Vacuum suitcaseとの接続部

真空モニター、ビーム制御、冷却関係、インターロック関係など、1つのモニターから全て制御可能。

カソード膜作製は、ELBE棟とは別の建屋で行っている。製膜後、Vacuum suit caseにて真空保管環境で移動し、電子銃へ接続。
Vacuum suit case

カソード（CsTe)
製膜装置

シャッター

イオン銃（アルゴン）

Cs, Te源

紫外レーザー（CW）

カソードプラグ
固定位置

油圧式高さ調整可能な台車で建物間を移動。
Vacuum suit caseはここで分離・接続

Vacuum suit case
を載せる台

IPコントローラー
IP用UPS電源