放射光第 10巻第 2 号

129(1997年)

特集:高輝度 X 線( I)一一-MR 放射光利用-~2 園加速器

2-4~3.

放射光可視成分によるエミッタンス測定
小方厚
高エネルギー物理学研究所*Emitta臨むe 民軍eas盟関職e闘騒si臨g Sy臨むhrotro踊 Radiation i盟 Visible Ra阻ge

AtsushiOGA宝A

NationalLaboratory10rHighEnergyPhysics

EmittancemeasurementoftheTRISTANM Rinthelightsourceoperationwasdescribed.Emitt
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ainedwere7 土 0.5 nmand0.6 土 0.2 nm , r1.測定の原理

使用前の平田度は 500nm であった。スリット幅

放射光の可視成分の光源の像から，水平および垂直方向のビームサイズ σ を測定し，σ こご (εβ) 1/2は水平方向は遠隔操作，垂直方向は手動可変であった。バンドパスフィルター(国の BPF)によ十 ηAρ /P の関係からエミッタンス ε を求めた。

り λ500 土 5nm の成分のみを，遠隔操作可能な光源の位置では分散関数 η は 15 mm , iJ p/ρ はND フィルターにより減光させて CCD カメラに

1.2X 10- 3 程度なので，ビームサイズ測定におけいた。このカメラの画素数は 768 x494 で，光る分散関数の寄与は 18μm 程度である。一方ビ源から焦点距離 1000 mm のレンズまでの距離はームサイズは垂直方向でも 50μm より大きいと6380mm ，レンズから CCD 受光面までの距離は予想されるので，相対的な分散関数の寄与は 51156mm で，受光面上に得られる像の倍率は%以下である。これは後で述べるもろもろの誤差0.157 であった。に比較するときわめて小さい。そこでビームサ，イズとエミッタンスの関係は単純に σ=(εß) 1/2 と仮定した。

2. 測定装置
測定装置を図 1 に示す。真空ダクト内のベリリ
ウム鏡は有効長が縦横40mm ，厚さ 5mm で，*高エネルギー物理学研究所加速器

干 305

slit f=1000 lens

ND

Figure1. Setupofmeasurement.

つくば市大穂 1-1

TEL 0
298‑64‑5255 FAX 0298‑
64‑3182 e‑mailogata@kekv
ax.
kek.jp‑37‑(C) 1997 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research130

放射光第 10巻第 2 号

データは以下のように整理した。まず 50 フレーム分の画像を 2 次元的に積算し，つぎに水平(1997年)を用いる o À ニ 500 nm , E=8‑10GeV , p=246m
ではおよび垂護方向のヒストグラムを得た。このヒスC7向「li--J一+B+Zμ'τMF二円以r111」
1ρU

ひふXA

N4一一Fにあてはめ ，(2)Aσめ， =70.0μm

トグラムを最小 2 乗法によりである。

水平方向の誤差はフラウンホープァ一回折でき

A , B, C ， μ ， s を求めた。ただし z=x(水平方向)または y ( 垂直方向)であり ，Bz+まる。スリット幅を D ，

光源からスリットまでの距離を d 1 ，スリットから受光面までの距離をC はバックグラウンドで， σ が求めるビームサイdz とすると，受光面における回折パターンはズである。

f(x)= (sinc[Dx/(ﾀd)J)z，ただし sinc x=sinzπx/(nx) である。 rms 誤差に変換するために

f(x)=exp[ 1/2J とおけば，受光面における誤3. 測定誤差
われわれは σ の測定値から ε を求めるので， σの測定誤差 Aσ を知る必要がある。この誤差の要差として 0.380 Àdz/D を得る。光源における値に換算すれば

因には

(3)

Aσdx=0.380 ﾀddD

1 回折による Aσd2 視界深度による Aσf
3 非点収差による Aσαである。

4 量子化誤差による AσCCD
3.2 視界深度による誤差

5 格子定数 P による A のがある。測定値 σm はこれらの誤差および真の値

スリットが粒子軌道を見込む角度が O ニコ D/d 1であることから，われわれのセットアップではσt とd[mmJ=38.
5D[mmJ である。この区間の光がσm 口[.1 σ~+ .1aJ 十 Aσ~+ .1 σ5cD 十 Aσ~+σn 山 (1)

一様に受光面に入るものとして，視界深度の標準偏差 (rms 値)をとれば ， .1 d=d/12 1 / 2 あるいはの関係を持つ。以下，

1 から 5 までの誤差につい.
1d[mmJ=ll.lD[mmJ を得る。垂直方向に視界深度がもたらす誤差は放射光の関口角と視界深度て逐一検討する。

そのものの積，すなわち Aσj= .1 σ'd である。先3.1

回折による誤差の公式より得る.1

垂直方向に回折がもたらす誤差は放射光の関口

a;=568，urad をそのまま代入して角によってきまる。この Aσのの計算には
Aσβ[μmJ=6.28 D[mmJ(4)λAσdv Ll σdv=-;-一，生π0.
723 /ﾀ¥1/3')
Y ¥ﾀc/ ,._"

Aσdv= 一一 I :‑I , ﾀc=0.559

̲‑‑‑‑E3[GeVJを得る。通常の運転では D=15mm であったが，このとき A 句 =94.2μm であった。水平方向は見込み角 B=D/めの標準偏差[μradJ =45.2D[mmJ を用いて‑38‑(rms 値 )σ斗放射光第 10巻第 2 号

131(1997年)

Aσj元 [μm] ヱコ 0.469 D2[mm](5)を得る。この非点収差は放射光の熱により真空ダクト内ミラーが熱変形したために生じたものと思である。 D=15mm では Aσfx=104 μm である。

われる。

3.
3 非点収差による誤差

3.
4 量子化誤差

CCD カメラの位置を移動させながらビームサ

この量子化誤差は，受光面の CCD ピクセル間イズを測定したところ，水平方向と垂直方向とで隔が 61μm 間隔であることから生じる。標準偏焦点位置が 20mm 異なることがわかった。百い差に換算すると，水平方向@垂直方向とも換えれば，この結像系は非点収差を持つ。図 2 において，太い一点鎖線の位置，すなわち水平方向(8)

Aσccn=17.6 μmの焦点とと垂直方向の焦点のちょうど中間に受光面をおいたとして非点収差による誤差 A 引を求である。

める。ふたつの焦点の間の距離を 2l とすれば，
Aσα=σél である。 l は受光位置では 20mm で，光源位置に換算すると 127mm となる。

3.
5 格子定数 P による誤差σ}x

視界深度が有限であると，この深度の中でベー[urad]=45.2D[mm] ， σ8y=567 μrad であって，タ値が変化するために測定誤差が生じる。光源でこれからはAσω 〔μmJ 口 2.87 D[mm]ﾟx=23.0m , ﾟy=16.
0m ,(6)dﾟxAσay=36 μmr.

'"d必dßynrndl
ﾟ;っとぷー→口一2.72 ，ds=2‑グー~=7.6.~=2'/"xds .
.~， ds ‑'/"yds(D=15mm で 43μm) ，および(7)である。これに基づいてベータ値の変化は LJßx
ニ (rmsfeldofdepth)xdj九/ds=84.3 D[mm] ,(D=15mm において 1260 mm) , Llﾟy=‑30.1
D[mm ], (D=15mm で 451 mm) ，すなわち LJßx/ι =0.00365 D[mm] ,LJﾟy/ßy ここ 0.00188 D[mm]となる。 σ 口 (εß) 1/2 より

11/ワ Ll ß2 '-,- /ﾟIr¥¥

1 Llﾟ
2 -, ﾟAσß= ~ (eﾟ)1/2 ー=一 σi 一あるいは20mm

Aσ'ßx[pm] =0.00182D[mm] σtx[μm](9)Aσρ[μm] =0.000940D[mmJ σか (μmJ(10)Figure2. Differencebetweentangentialandsagittalfoci.

を得る。

‑39‑‑

132放射光第 10巻第 2 号(1997年)

するとビームサイズの測定値 σm がスリット幅 D0.
6と真のビームサイズ(あるいは， エミッタンス)

0.
5 骨骨
ωE{EE)一ωN削woaw〉
ω』
ωωaoの関数として得られる。一方，図 3 はビームサイ0.
4ズを D の関数として測定した結果である。 図の0.
3曲線群はいろいろな値のエミッタンスを復定した
ときに式 (1) から予想される測定値の D 依存性で0.6nm

0.
2ある。

0.
1

この結果から水平方向のエミッタンスは7 士 0.5nm ，垂直方向のエミッタンスは 0.6 土 0.2。

。

246810121416nm であると結論する。

SlitwidthD(mm)

図 3 の測定結果では水平方向のビームサイズのf measured beam sizes on slitFigure3. Dendence owidth.

スリット幅依存性が D<3mm の領域で計算からずれ，ほぼ一定となっている。 この原因は不明である。なお，

4. 結論

この測定に基づいて計算される真のピ、ームサイズの最ゅう値 (most probablevalue)

このように得られた式 (2) 一 (10) を式 (1) に代入

は σxt=401 μm ， σ;，t=97.9 μm である。

‑40‑