放射光第 10巻第 2 号

153(1997年)

特集:高輝度 X 線 (n )-MR 放射光利用-~4.

ビームライン

4‑
1. ビームライン MR-BW-TL
杉山弘ぺ張小威料*高エネルギー物理学研究所 .MR 超高輝度放射光計画推進室，**高エネルギー物理学研究所@放射光実験施設

BeamlineMR-B明T-TL
HiroshiSUGIYAMA*andXiaoweiZHANG料*TristanSuperLightFaci/iひら Photon Factory, NationalLaboratory10rHighEnergyPhysics,**PhotonFactory, NationalLaborqtorylorHighEnergyPhysics

ThebeamlineMR‑BW‑TLwasi
nstalledando
peratedforafeasibilit
ystudyusin
gsu鵬
perbrilliantsynchrotronradiation(SR)fromthex‑rayundulatorXU#MROont
he
TRISTANMainR
ingintheautumno
f1
995.Thedeterminantsofstructureofthebeamｭ
eriodo
fbeamlinelinewer
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heSRbeambuta
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asa
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impl
ifedaspossible.

1. はじめに

ター光を効率良く利用するために，極小ビームサ

ビームライン: MR-BW-TL の建設，運転にイズ\高熱負荷であることを十分考慮に入れて設当たっては時間的，空間的に厳しい境界条件のも計，製作した.世界初の X 線アンジュレーターとではあったが，ほぽスケジュール通りに実行すビームラインである AR-NE3 1 ) での経験と開発技ることができた.現場での建設期間(約 3 ヶ月)術が，ここでは非常に有用であった.特にモノクや実験期間(約 3 ヶ月)が短いことから建築工

ロメーターについては光ビームのコヒーレンスや事も含めて，ビームラインの構造を可能な限り簡輝度を保つために， AR-NE3 でのテストと同様素化した.さらに建築物に関係する制約から，の液体窒素冷却方式2) を採用した (~4-2) .そし

SR 実験室は光源から約 100m 位置で光源よりてこのモノクロメーターを利用した最低限の光評

4.5m 低い筑波実験室の側室を用いることを余儀価も行った (~5-1).

なくされ，ビームラインは 80m程度の長さになったが，光源の特性を十分引き出すことができ2. ビームラインの設置た.

ビームラインはトリスタン筑波実験室北西側直MR-BW-TL は，超高輝度 X 線アンジュレ一線部のトンネル内に設置し，この直線部終端付近

中高エネルギー物理学研究所・ MR 超高輝度放射光計画推進室

千 305

つくば市大穂 1-1

TEL 0298‑64‑
5699 FAX 0298‑
64‑5707 e‑mailhiros
his@mail.kek.
jp‑61‑(C) 1997 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research

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放射光第 10巻第 2 号(1997年)に設置した X 線アンジュレーター (XU#MRO)

決定した最大の境界条件は SR 実験室の位置であからの電子ビーム(右回り)による SR を利用しった.

た.ビームラインの名称は慣例に倣い，クロッチ

SR 実験室は発光点から約 90'"'-'100 m位置にあアブゾーバー取り付け位置の偏向電磁石の名称かる筑波実験室地下 4 階側室を使用した.この部

ら“ MR-BW-TL" とした.

ここで BW-TL は筑屋は光源より 4.5m 低い位置にあり(図 2) ，長波実験室に対して左周り側の弱偏向電磁石を意味

さ 9.5m ，幅 4m ，高さ 2m である. SR 実験室

する.図 i にビームラインを下流側から見た写真

は加速器運転中に入退室可能な場所でなければな(1996年 1 月 12 日時点)を示す.一番手前にあるらない.また，建設期間が短いことなどから大規のがモノクロメーター第 l 結晶部(発光点から模な増改築は不可能であった.地下 4 階側室は約 90 m).

この時点では既に解体が始まっておりこの条件を満たす唯一の場所であった.さらにこモノク口メーターの鉛シールドが取り外してあの実験室上に光軸が載るように最終的にアンジュる.奥の方には小さくアンジュレーターが見えレーターの位置が決定された.実際の建築工事はる.左隣は MR 直線部の四極電磁石列である.

光源高さから実験室へ SR を導くための地下 3-4

ビ、ームライン構造を決定するうえでは， SR ビ

階間の穴開けとケーブル類を通すための壁等へのームの特質はもちろんのこと，利用実験をするた穴開けだけであった.また改造前の 30 GeV 運転めの空間をどの様にして確保するかということにの物理実験時でのこの実験室の温度変化は 1 日も大きく依存した.特に 80m という長さと，で土 O.l C 以下であった.

O94-2 で述べるモノクロメーターの特殊な構造を実験室は下流側に約6.7m 拡張された.実験期間が短いためにで、きるだけ各実験装置を光軸上にタンデムに並べて装置の出し入れ等の時間を節約するためである.拡張部分は鉛 5mm を貼った鉄製ハッチ(鉄板 7.7 mm) で，側室と一体で 1つの大きな SR 実験室とした.これによって十分な実験スペースを確保することができた.
SR 実験室は PF や AR 放射光の実験ハッチと

緩綴綴綴綴議機綴幾繍

お山由皐

Distancefromthesourcepoint
90m

100mquadru
polemagnet

Figur
e1
. Ap
ictu
r
eo
fthebeamlinev
iewedfromthelow
err
eaches(asof12January1996).

Figur
e2. Across‑sectionalviewoftheSRexperimentalroom includingthedoublecrystal monochromatorviewedfromthecenteroftheMR.

62

放射光第 10巻第 2 号

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ほぼ同様に扱えるようにした.最上流の放射光シャッター (PF の MBS+BBS に相当)が“開"であってもモノクロメーター第1，第 2 結晶間の単色 X 線シャッター (PF の DSS に相当)さえ閉じていれば実験室にはいることができるようにした.筑波実験室から SR 実験室までの経路上には ID カードによる入室管理が無いため， SR 実

験室は常時 ID カードによる入室管理を行った.
この点は PF 等の実験ハッチとは異なる.むしろSR 実験室は PF の実験ハッチと実験ホールが一体となった取扱いに近いものであった.
ビームラインの設置は隣接する長直線部の四極電磁石を基準にして行った.アンジュレーター設

置付近は SR 利用のために電磁石の再配列が必要

Figure3. AplanviewofbeamlineMR‑BW‑TLinM Rl.Themeaningoftheabbrev
iationsint
hisfiguretunnearea
sfollows;BPM:SRbeampositionmonitor , WM:water‑cooledmask , WS:water‑cooledshutter , yS:y‑rayor
tforvacuumpump , XS:w
ater‑
cooledshutter , PP:pS:water‑cooledvertical slits , GA:
hor
izontal slits , Ygraphiteabsorbers , BeW:berylliu
mwindows , Ml:first.
pieceofthedoublecr
ystalmonochromator

であり，改造によってアンジュレーター前後には基準となる四極電磁石が存在しない構造となる(~2).

また設置期間が 3 ヶ月しかないため，ビ

るいはオートレベルで観測しながら架台上の調節ームラインの設置は加速器改造とほぼ並行して行ネジで各要素の水平方向/高さ方向の微調節をしう必要があった.そこで改造に伴う電磁石の再配た.最後に最上流の手動バルブの位置から下流を列をしない長直線部の四極電磁石を基準とした.

直視，望遠鏡で覗いてモノクロメーター直前までビ、ームラインのうち発光点から 90m 程度までの電灯光が通っていることを確認した.

部分は加速器と同じトンネンル内の 2m 以内の最終的にはビームライン全体に渡って約土 2距離にある(図 3). あらかじめ長直線部の四極mm の精度では設置できたと考えている.実際，電磁石が水平面内で ::!:O.8mm 以下の精度で直線後述する上，中，下流部に設置した各水平/垂直上に配置されていることを確認した.設計上での方向放射光ビーム位置モニターの内の任意の 2SR 軸と電子ビーム軌道の位置関係を基に設置基組から割り出した SR 軸と，残りの 1 つから求め準線を引いた.その際ビームライン各位置で最寄たビーム位置の差は 1mm 以内であった.

りの四極電磁石を参照して行った.
ビームラインの各コンポーネント，ダクトは専3. ピームラインの構造用機具を用いてこの基準線上に並べた.高さは同

図 3 は MR トンネル内のビームラインの要素

じ専用機具とオートレベルを使用して四極電磁石を 3 分割して拡大した図である.主な構成要素の半割位置にあわせた.専用機具は下げ降りと水はほぼ 3 ヶ所に分散しており，準器を取り付けられるようになっており，機具のター(水冷シャッター十 y 線シャッター)等を含水平を出せば，下げ降りがダクト断面の中心線をむ上流部(発光点から 17m 付近)，通るようにしてある.この機具を 90 度回転して水冷マスクを含む中間部(向じく 50m 付近) ,使用すれば高さ方向にも使用できるようになって

3) 水冷 XY スリット，グラファイトアブソーバ

いる.この機具をダクトまたは各要素のダクト部

Be 窓を含む下流部(同じく 85m 付近)であ分に取り付け，下げ降りと基準線が合うようにある.他の部分は単管，ポンプポートとモノク口メ‑63‑1) 放射光シャッ2)2 番居の

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放射光第 10 巻第 2 号(1997年)

ーター第 1 結晶部下流の y 線ストッパー(同じ(BPM) を，上述の上流(発光点から約 16/17く 100m 付近)などである.

m) ，中流(約48/49 m) ，下流(約 83/84 m) のビームラインタクトは 1CF70 フランジをベー各部分の最上流側にそれぞれ l 組づっ設置した.

スにして内径 35mmゆ管で構成した.これはビーBPM~こはグラファイト@ワイヤ@プロープ型

ムサイズ\パワー分布が発光点から 85m のビー(94-3)3) を採用した.

ムラインの下流部においても十分に小さいためで

2 次元的なビーム位置だけでなく，ビーム角度のある(表 1) .内径 35mmゆ管の使用によってコ測定も可能であった. 1995 年 9 月 29 日には軌道スト的なメリットだけでなく，ビームラインのコ補正なしの状態で最初に最上流部の BPM によっンダクタンスが小さくなることによる真空的な構てアンジュレータ一光を確認しそれが中流部ま造の簡略化も可能となった.中間部水冷マスクよで到達していることを確認した.翌 E にはビームり上流側を加速器リング真空と間程度の 1 X 10‑9軸出しを行い，最初の電子軌道補正で発光点からTorr に維持する場合でも，下流側部分はベーキ

約 83m の最下流 BPM までの軸出しが完了した.

ング無しで，ポンプ数を上流部分の半数以下にすその後の定常運転における大幅なビーム位置変化ることができた.またこの実験では単一ビームラに対しても，最下流で土 0.5mm 以下の精度でビインのための加速器運転であり，期間も短いことーム位置を再現させるのに，実際の軌道補正などから，高速遮断バルブ等の真空保護対策は施さずの時間も含めて 1 時間程度で行うことができた.に，ビームライン構造の簡略化を図った.

BPM はこの際のビーム位置の確認に極めて有効

水平/垂産方向用放射光ビーム位置モニター

3 組の BPM 設置によってであった.

実際の加速器運転は 8 または 10 GeV ，最大 15mA 程度で行われたが，構成要素の熱対策は当初

Table1. The characteristicsofundulatorradiation
fromtheXU#MROwhichisatthemaximumKvalueof
1. 07 , andwhent
heM Risoperatedat10GeVwit
haringcurren
tof10mAandanemittancecouplingr
atioo
f1%
Totalpower

220W

Peakpowerdensity222.
2kW/mradl/vertical)*，料292/35μmicai)*，料

71/19μrad

S(hoourriczeonsitzaeB(heoamrizodniv
tearlg/ev
nercteodnitv
aelr/gv
eenrtcieP(hoowreizrcal)*定して行った.したがって実際の熱対策は表 1 ~こ示すパワー，パワー密度の 10倍を想定した.
具体的には水冷マスク，水冷シャッター，水冷
X ， Y スリット，グラファイトアブゾーバーとBe 窓の水冷ホルダーの水冷無酸素銅部分の照射面上での実効的なピーク熱流東が 40W/mm 2 以下になるようにビーム軸に対して 3'"'-'17 度の傾斜127/74μradを付けた.

.5/0.
36m m(@17m)
Beamsizea
teac
hpositio
nfrom1the.0m m(@50m)
3.
8/1rsiozuorrlcteaIp/ov
ienrt(horizontal/v
ertcatil)*.料.7m m(@85m)
6.
3/15/1.3m m(@17m)
izeaachpositionf
Powersterom2.
6.
7/3.8mm(@50m)t(hheorsiozuorncteaip/ovienrttical)*
4m m(@85m)1
1/6.

2(@17m)76.
8W/mm
Powerflu
xa
teac
hpositio
nfrom8.
9W/mm2(@50m)
ointt
hesourcep2(@85m)
3.
1W/mm
aluesaThesevr
etw
icestandarddev
iations.
*牢: T
13.
V).
aluesfhesearevorthef
4keirstharmonic(牢:V, 100mA 運転時を想の計画に沿って全て 10 Ge

Be 窓、については溶接ではなく，水冷ホルダーに Be 板を機械的に闘定する方法を採用した(図4). 金属 O-ring (ヘリコフレックス)を用いて気密性を保ち，反対側から水冷錦ブロックを機械的に押しつけることで熱接触をとり， Be 板の除熱を行った.このとき Be 板は表面粗さ J1S 規格
3.2S 相当のものを用いて金属 O-ring との接触を長くするようにした.さらに Be 板-錦ブロック

聞に液体 Ga を塗布して熱接触抵抗を低減した.

‑64‑

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モノクロメーター直前に設置することにより，モvacuumchamber

ノクロメーター第 1 結品部が 10- 3 Torr 以上になっても上流側は 10- 9 Torr 台を維持することができた.このとき上流側の Be 窓ユニットの真空層には 110 liter/sec のノーブルポンプを，下流側ユニットの真空層には 300 liter/sec のターボ分子ポンプを直付けした.実験期間中の Be 窓に関するトラブルは全くなかった.

Figure4. A schemat
ic cross鵬sectional structureofaber
ylliumwindow.

また sus 板を水冷銅ブロックの後ろに挿んで，金属 O-ring の押しつけの補強とした.金属 0ring 接続部分を真空槽内に入れ込む構造にして，金属 O-ring 部分からのリーグをできる限り少なくした.

文献1) X.Zhang , T.Mochizuki , H.Sugiyama , S.Yamamかto , H.Kitamura , T.Shioya , M.Ando , Y.Yoda , T.
Ishikawa, C.K.Suzu
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990(1995).
Shiw
aku:Rev.Sci.Instrum. , 66 , 1

この方法による Be 窓のリーク量は単体でおよそ 1 X1
0‑5To汀 .liter /sec であった. 2 連にして‑65‑