Proceedings of the 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
August 29 - September 1, 2023, Funabashi

PASJ2023 TUOP02

NanoTerasu 加速器コミッショニング
COMMISSIONING OF NANOTERASU ACCELERATOR SYSTEM
西森信行#,A), 安積隆夫 A), 上島考太 A), 小原脩平 A), 菅晃一 A), 保坂勇志 A), 青木駿尭 A,B), 浅野博之 A,B),
伊藤優仁 A,B), 伊原彰 A,B), 岩下大器 A,B), 及川治彦 A,B), 門脇聖弥 A,B), 小林創 A,B), 小林秀樹 A,B), 齋田涼太 A,B),
櫻庭慶佑 A,B), 杉本兼人 A,B), 高橋隼也 A,B), 土山翼 A,B), 西川雅章 A,B), 芳賀浩一 A,B), 渡部貴宏 C,D,A),
石井美保 C,D,A), 糸賀俊郎 C,D,A), 岩井瑛人 C,D,A), 大石真也 C,D,A), 大島隆 C,D,A), 近藤力 C,D,A), 櫻井辰幸 C,D,A),
小路正純 C,D,A), 杉本崇 C,D,A), 高野史郎 C,D,A), 田村和宏 C,D,A), 深見健司 C,D,A), 細田直康 C,D,A), 馬込保 C,D,A),
青木毅 C,A), 安積則義 C,A), 上田庸資 C,A), 岡田謙介 C,A), 川瀬守弘 C,A), 清道明男 C,A), 佐治超爾 C,A), 谷内努 C,A),
谷内友希子 C,A), 出羽英紀 C,A), 濱野崇 C,A), 藤田貴弘 C,A), 正木満博 C,A), 増田剛正 C,A), 松原伸一 C,A),
柳田謙一 C,A), 山口博史 C,A) , 斗米貴人 C) , 稲垣隆宏 D,C), 早乙女光一 D,C), 高橋直 D,C), 田中隆次 D,C),
前坂比呂和 D,C) , 田中均 D), 原徹 D), 平岩聡彦 D), 福井達 D), 松井佐久夫 D), 井上忍 E), 熊澤寛介 E),
酒井康平 E), 住友博史 E), 勢納敏雄 E), 竹迫涼一 E), 田中信一郎 E), 森谷佳津貴 E), 山本龍 E), 横町和俊 E),
吉岡正倫 E), 恵郷博文 F,A)
Nobuyuki Nishimori#,A), Takao AsakaA), Kota UeshimaA), Shuhei ObaraA), Koichi KanA), Yuji HosakaA),Toshitaka AokiA,B), Hiroyuki Asano A,B), Katsumasa Ito A,B), Akira Ihara A,B), Taiki Iwashita A,B), Haruhiko Oikawa A,B),
Masaya Kadowaki A,B), Hajime Kobayashi A,B), Hideki Kobayashi A,B), Ryota Saida A,B), Keisuke Sakuraba A,B),
Kento Sugimoto A,B), Shunya Takahashi A,B), Tsubasa Tsuchiyama A,B), Masaaki Nishikawa A,B), Koichi Haga A,B),
Takahiro WatanabeC,D,A), Miho Ishii C,D,A), Toshiro Itoga C,D,A), Eito Iwai C,D,A), Masaya Oishi C,D,A), Takashi
Oshima C,D,A), Chikara Kondo C,D,A), Tatsuyuki Sakurai C,D,A), Masazumi Shoji C,D,A), Takashi Sugimoto C,D,A), Shiro
Takano C,D,A), Kazuhiro Tamura C,D,A), Kenji Fukami C,D,A), Naoyasu Hosoda C,D,A), Tamotsu Magome C,D,A),
Tsuyoshi Aoki C,A), Noriyoshi Adumi C,A), Yosuke Ueda C,A), Kensuke Okada C,A), Morihiro Kawase C,A),
Akio KiyomichiC,A), Choji Saji C,A), Tsutomu Taniuchi C,A), Yukiko Taniuchi C,A), Hideki Dewa C,A), Takashi HamanoC,A),
Takahiro Fujita C,A), Mitsuhiro Masaki C,A), Takemasa Masuda C,A), Shinichi Matsubara C,A), Kenichi Yanagida C,A),
Hiroshi Yamaguchi C,A), Takato Tomai C), Takahiro Inagaki D,C), Koichi Soutome D,C), Sunao TakahashiD,C),
Takashi TanakaD,C), Hirokazu MaesakaD,C), Hitoshi TanakaD), Toru HaraD), Toshihiko Hiraiwa D), Toru Fukui D),
Sakuo Matsui D), Shinobu Inoue E), Hirosuke Kumazawa E), Kohei Sakai E), Hiroshi Sumitomo E), Toshio Seno E),
Ryoichi Takesako E), Shinichiro Tanaka E), Katsuki Moriya E), Ryu Yamamoto E), Kazutoshi Yokomachi E),
Masamichi Yoshioka E), Hiroyasu EgoF,A)A)
National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology (QST)
B)
NAT Corporation (NAT)C)
Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI)
D)
RIKEN SPring-8 Center
E)
SPring-8 Service Co, Ltd (SES)F)
KEK

Abstract

NanoTerasu is a highly brilliant synchrotron light source mainly focusing on soft to tender X-ray region. The
NanoTerasu accelerator system consists of a 3 GeV storage ring based on four bends achromat lattice with a circumferenceof 349 m and a 3 GeV linear injector accelerator with length of 110 m. The installation of the accelerator system started
in Dec. 2021 and successfully finished by the end of May 2023. The commissioning of linear accelerator started on Apr.
17th and a 3 GeV electron beam was successfully delivered to a beam dump in 10 days. The commissioning of storage
ring started on June 8th and a 3 GeV electron beam was soon circulated in the storage ring roughly 300 times with storage
ring cavity off. The first stored beam was observed on June 18th with storage ring cavity on and the first light from a 3pole wiggler was observed as well. The present stored electron beam current exceeds 100 mA after 10 Ah total dose andpreliminary horizontal beam emittance of 1.1 nm rad is measured with synchrotron radiation from a 3 pole wiggler.

____________________________________________# nishimori.nobuyuki@qst.go.jp-6-Proceedings of the 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
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1.

はじめに

NanoTerasu は、軟 X 線領域において国内既存施設の 100 倍の輝度を目指して仙台市青葉山で整備が進められている放射光施設であり、2024 年 4 月から特定先端大型研究施設としての運用を予定している[1]。SPring8/SACLA、J-PARC、富岳などと相補的に、民間、大学等の広範な分野における活用促進を使命とする施設であり、心臓部を担う加速器の責務は重大である。
NanoTerasu 加速器は軟 X 線放射光生成に最適なエ
ネルギー3 GeV に電子ビームを加速する線型加速器と、3 GeV 電子ビームを蓄積し挿入光源から実験ホールへ向けて放射光を生成する 3 GeV 円型加速器からなる。
線型加速器はエネルギー加速と共に、円型加速器内の蓄積電流（電子数）を増やす役割があり、残留ガスとの散乱や電子‐電子散乱で失われた電子数を継ぎ足す役割も有する。一方、円型加速器は電子ビームを円型理想軌道に沿って閉じ込めると共に、電子が放射光生成で失ったエネルギーを補充する役割を持つ。
NanoTerasu 加速器は 1~3 keV 放射光領域で 1×1021の高輝度光源性能をコンパクトに達成するために、グリーンフィールドから建設した。設計・製作の詳細は参考
文献[2-6]を参照されたい。新型電子源や C バンド加速器を採用したミニマルデザインにより、線型加速器の長さは 110 m で、同様の 3 GeV 光源であるスゥエーデンのMAX IV に 比 べ る と 1/3 で あ る 。 国 内 で 初 め てMBA(Multi Bend Acromat)ラティスを採用し、建屋・ユー
ティリティも含めたトータルデザインにより、円型加速器の
周 長 は 349 m で あ る 。 従 来 の DBA(Double Bend
Achromat)ラティスを用いた台湾 TPS の 518 m に比べると周長は 2/3 程度である。施設サイズ縮小は建設コストの大幅削減に繋がる。他方、性能の指標となる水平自然エ
ミッタンスは TPS の 1.6 nmrad に対して 1.14 nmrad であり上回る。このように、1 本あたりのビームラインのコストパ
フォーマンスに優れた最新型の放射光施設である。
このような最先端放射光加速器施設の設計・製作・設
置 に お い て 、 SPring-8 で 培 わ れ て き た 知 識 と 経 験 、SPring-8 II 向けの R&D がオプティクス設計、加速管、電磁石、真空、モニタ、制御、ユーティリティなど全システム
において積極的に活用された。兵庫県播磨に所属する
RIKEN SPring-8 Center と JASRI のメンバーが設計・製作を主担し、現地での設置・コミッショニングを宮城県仙台市の QST/NAT/SES メンバーが主担するというのが、NanoTerasu 加速器建設の大まかな構図である。将来の仙台メンバーによる運転を見据えた加速器技術移転が、異なる組織間でスムーズに行われていることを、後述のコミッショニング結果が具現していると考えている。
NanoTerasu は官民地域パートナーシップという、新しい枠組みで進められているプロジェクトである。2018 年 1
月に QST が国（官）の主体に指名され、7 月に PhoSIC
が民地域の代表機関に選定された。加速器システムの整 備 責 任 は QST が 担 い 、 2018 年 12 月 か ら
RIKEN/JASRI のメンバーと共に機器製作を開始した。
2019 年 3 月には、東北大学青葉山新キャンパスでの施設敷地造成に PhoSIC が着手し、2020 年 4 月には基本
建屋起工式が行われた。建屋設計は加速器設計と密接な関係があるため、基本設計段階から会議に出席して加速器に必要な要求を反映させた。
新型コロナウィルス感染症の影響などで、基本建屋建
設は当初の予定から約 2 ヵ月遅れ、加速器の建屋への設置作業を 2021 年 12 月から開始した。2023 年 5 月の蓄積リング加速空胴の設置まで 1 年半、約 30 社の加速器設置作業を綿密な作業調整と工程管理、作業者の協力により無事故・無災害で乗り切ることができた。
線型加速器の設置を 2022 年末までに完了し、2023 年
2 月 13 日には線型加速器を放射線管理区域に設定し、加速管高電圧コンディショニングを開始した。4 月 17 日には安全インターロック検査を完了して線型加速器のコ
ミッショニングを開始した。線型加速器と円型加速器トン
ネルは遮蔽壁により、放射線管理区域として分離されており、円型加速器内で作業を継続しながらビーム調整を行った。5 月 29 日に円型加速器を放射線管理区域に設定し、円型加速器へのビーム輸送部のコミッショニング、
蓄積リング加速空胴のコンディショニングを開始した。現在までに 3 GeV 電子ビームの 100 mA 蓄積に成功し、水平エミッタンスの暫定測定値は、設計値の 1.1 nmrad を満足する値となっている。本報告では、NanoTerasu 加速
器のコミッショニング状況を報告する。

2.

線型加速器コミッショニング

2.1 線型加速器からの 3 GeV 電子ビーム生成
線型加速器は新型の透明グリッド熱カソード電子源を採用したコンパクトな入射器と長さ 2 m の C バンド加速
管 40 本で構成される。全長 110 m で高密度電子ビームを 3 GeV 加速出来る[7,8]。従来のグリッド熱カソード電子
源では、グリッドは出射電子ビームのタイミング、パルス
幅、電荷量の制御に使われ、低エミッタンス実現は困難であったが、カソード・アノード間の高電圧が作る電場とカソード・グリッド間の作る電場を釣り合わせることで、グリッドの存在を透明化し、軟 X 線自由電子レーザーにも適用できる高密度電子ビーム生成も企図して設計製作した[9,10]。この電子源からビーム生成を開始したのは2023 年 4 月 17 日であった。グリッド熱カソード 50 kV 電
子源の直後に配置した 238 MHz 空胴で 500 keV まで加速し、空間電荷効果によるエミッタンス増大を抑制する。
238 MHz 空胴後に配置された YAG スクリーンの電子
ビームプロファイルは、ソレノイドレンズの磁場強度を変化させても重心位置は変化せずに、ビームサイズのみが変化する。アライメント精度、機器の製作精度が極めて高いことを示している。さらに、進行方向のバンチ圧縮に用いる 476 MHz 空胴、40 MeV 程度まで加速する S バ
ンド加速管の振幅と位相を調整し、電子ビームを C バン
ド加速器の入口まで輸送した。
4 月 24 日からは C バンド加速器のビーム調整を開始した。C バンド加速器を上流から 6 セクションに分け、各セクションの加速管本数は 6、4、6、8、8、8 本である。電子ビームモニタが潤沢に配置されていないため、電子ビームが C バンド加速管を通過する際に、空胴との相互作用により空胴に誘起する電磁波信号をモニタしながらビーム輸送を行った。加速管への入力パワーをオフにして該当加速管にビームを通し、各加速管のダミーロード
手前のカプラーを用いて誘起信号を測定した。誘起信-7-Proceedings of the 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
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号は電子ビームが加速管に与える電磁波のエネルギーであり、電子ビーム減速を意味する。従って、測定誘起信号の位相と 180 度反対に位相を設定すれば、加速位相に乗るはずである。このように上流から C バンド加速管の位相を決定後、加速管への入力パワーをオンした。
全 C バンド加速管の位相調整後、直線加速器最下流部の最初の偏向電磁石 1 台に磁場を印加し、その下流のビームプロファイルモニタ、CT、BPM でビーム観測を行った。その後、ビーム位置を観測しながら、各加速管で最大加速が得られるように位相の微調整を行い、各加速管の振幅も調整し、2023 年 4 月 27 日に 3 GeV 加速に成功した。線型加速器の施設検査（漏洩線量測定）を2023 年 6 月 19 日に行い、ビームダンプまで 3 GeV0.2 nC のビームを打ち込み、無事合格した。現在までの
達 成 パ ラ メ ー タ は 電 荷 0.4 nC 、 規 格 化 エ ミ ッ タ ン ス
6.7 mm-mrad、エネルギー広がり 0.02%(FWHM)である[7]。
2.2 円型加速器までのビーム輸送調整
円型加速器の放射線管理区域設定日の 2023 年 5 月
29 日から電子ビーム輸送試験を開始した。線型加速器
出口から円型加速器の入射部まで約 80 m の間に 3 箇
所の水平偏向ラティスがあり、それぞれ 42、－30、31.7
度偏向させる。第 1,2 ラティス前後ではアクロマットになる
ように、主に中心の四極電磁石の強さを調整する。
ビームラインの本数を出来るだけ多く確保するため、円型加速器の内側から水平に off-axis 入射を行う設計である。線型加速器は円型加速器の外側に配置されているため、円型加速器真空容器の高さ 1.2 m に対し、ビーム輸送路の高さを 0.6 m として、下を潜って内側から
円型加速器に合流する。垂直偏向磁石ペアにより 0.6 mの段差を構成した。
ビーム輸送路では、モニタの数を極力減らし、典型的な真空容器のダクト直径が 25.4 mm と小さいことなどから、ビーム輸送に手間取ることも想定されたが、かなり順調に輸送できた。電磁石の配線誤りが第 2,3 水平偏向ラティ
スの中央の四極電磁石、パルスセプタム電磁石にあったが、不具合のたびに、直ちに原因を特定し修正できたので、実質的なコミッショニングの遅延に繋がらなかった。

3.

カー後の BPM の位置が設計通り 4 mm 程度動くことを確認した。パルスセプタムの磁極間距離は垂直に 2 mmしかなく、全長 500 mm の距離をロス無しでビーム輸送することは、困難が予想されたが、問題なく輸送することが出来た。
蓄積リング空胴入力パワーをオフにして、2023 年 6 月
8 日 に 周 回 試 験 を 開 始 し た 。 BBF(bunch-by-bunch
feedback)用の BPM の SUM 信号を Fig. 1 左上に示す[12]。電子ビームを示す信号が 300 µs 程度まで継続し消失した。周長が 349 m の蓄積リングであるため、約 300 周回に相当することは、以下の考察と矛盾しない。電子
ビームが 1 周回で発生する偏向磁石からの放射光エネ
ルギーは 0.62 MeV と評価されている。3 GeV 電子で約0.02%のエネルギー損失である。空胴によるエネルギー
追加なしに 300 周回すると 6%のエネルギー損失となる。
エネルギー分散関数の最大値は 0.18 m で、300 周回で電子ビームは約 11 mm 内側に寄る。入射電子ビーム軌
道は蓄積軌道に対して 5 mm 程度内側にオフセットした状態で入射しているため、ベータトロン振動の振幅はオ
フセットと同様の振幅である。従って、分散関数最大の位置で、蓄積軌道の内側 16 mm の位置を電子ビームが通過する。後述する電子ビームアブソーバと衝突後、消失したと考えられる。また、周回試験開始後直ぐに、ステ
アリング電磁石を使わずに 300 周回を確認出来た技術的な理由として、蓄積リング電磁石の据付アライメントが30 µm 以内の高精度であり、電磁石そのものが高精度で製作されていたことが挙げられる。
電子ビーム診断装置として 3 極ウィグラー(3PW)が短
直線部に設置されている[12]。電子ビーム周回時に、3PW からの可視放射光（ファーストライト）をビーム入射の繰り返し周波数である 1 Hz で観測することが出来た。

円型加速器コミッショニング

3.1 最初の周回
円型加速器への off-axis 入射パルス 電磁石部 は5.4 m の長直線部 1 本に収められている。中心のパルス
セプタム電磁石を挟んだ蓄積軌道前後それぞれに、2 台のパルスキッカー電磁石があり、蓄積軌道を 7.5 mm 入
射軌道側に寄せる台形のバンプ軌道を入射時に形成する。入射電子軌道はバンプ軌道に対してさらに内側に7.5 mm（蓄積軌道に対して 15 mm）オフセットする設計である。入射軌道が蓄積軌道に平行になるようにパルスセ
プタム出口の入射軌道を調整した。パルスセプタム出口とその直下流のキッカー後には BPM があり、お互いに
1 m 程度離れている。キッカーオフ状態で、この 2 ヵ所のBPM で入射水平・垂直軌道が蓄積軌道に対して平行、かつ水平と垂直オフセットが 13 mm と 0 mm 程度である
ことを確認した[11]。次に、キッカーオンで入射し、キッFigure 1: BPM signal without RF (upper left), with RF
after phasing (lower left) and first light from 3 pole wiggler(right).
3.2 蓄積リング空胴のコンディショニングと蓄積
4 台の蓄積リング空胴を 1 本の長直線部に設置し、1台のクライストロンでパワーを分割供給して使用する[13]。
蓄積リングトンネルが管理区域に設定された 5 月 29 日
から空胴コンディショニングを開始した。各空胴は製作後、SPring-8 で事前コンディショニングを実施済みである。コ-8-

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ンディショニング中に発生した熱変形の影響を取り除くた
めに空胴の内面を再加工した影響などで、4 台の空胴の共振周波数は必ずしも一致していない。そのため、空胴パワー投入時は RF 周波数を定格である 508.759 MHz
から 80 kHz 増に設定し、パワーを上昇させながら周波数を下げる運転を行っている[13,14]。空胴の冷却水温度
25℃では、空胴投入パワー260 kW 時に周波数が定格の 508.759 MHz に到達する。この条件が整った 2023 年
6 月 18 日に蓄積試験を行った。オシロスコープの信号を見ながら、周回数が延びる方向にリング空胴の位相調整を行い、やがて Fig. 1 左下の蓄積を達成できた。
その後、電子ビームの調整を行いながら、蓄積リング
加速空胴のコンディショニングを進め、当面の目標であった 4 空胴に加速電場用の合計 400 kW パワーを投入するこ とに成功し た。将来、蓄積電流が増え 、タウ
シェック効果が顕著になれば、加速電場用のパワーを
260 kW から増加させる予定である。

出力停止を指令する と共 に、BBF システム をビーム
シェーカーとして起動し、ビームを垂直方向に 300 倍拡
大し、ビーム損失箇所でのエネルギー密度を低減させる。
リング分散関数最大の付近にグラファイト製電子ビーム
アブソーバを蓄積軌道中心から 14 mm 内側に設置し、エネルギーを失った電子が、最初にアブソーバと衝突し、ビームが拡大するようにした[16,17]。本電子ビームアブ
ソーバを各セルに 1 台配置した。この電子ビーム廃棄シ
ステムの動作確認後、3 mA 以上の運転を開始した。

Figure 3: Stored beam current (red) and ring vacuum(green).
3.5 焼出し運転
NanoTerasu では偏向磁石からの放射光をユーザー向
けに取り出さずに全て放射光アブソーバで吸収する。これは、偏向磁石の磁場強度が 0.87 T と低いこと、接線方向に出る光量しか使えないためである。焼出し運転は、
放射光アブソーバ内に吸着されているガスを光刺激脱離で叩き出し、徐々に蓄積電流を増やすプロセスである。
NanoTerasu はハーモニクス数が 592 で、約 2 ns 毎にバンチ列を形成する。連続する 400 バンチに電子を積み
Figure 2: Lattice (top) and magnet system (bottom).
上げ、残り 192 バンチはイオンクリアリングのため、スペー
スをあける。1 から 400 バンチ目まで順番に積み上げを
3.3 COD、チューン、周波数補正
電子ビーム蓄積後の調整として、まず COD 補正を 行い、また 1 バンチ目からというプロセスを繰り返した。
効 率 的 な 焼 出 し の た め 、 Top-up 運 転 を 導 入 し た行った。セルあたり 7 カ所の BPM で位置を測定し[15]、セ ル あ た り 8 台 の ス テ ア リ ン グ 電 磁 石 で 補 正 し 、 ± （Fig. 3 参照）。蓄積リング真空容器の CCG は 100 台程-5
0.5 mm 以内に軌道調整した。BPM のビームベースアラ 度あるが、全てが 10 Pa を越えないように目標電流値のイメント(BBA)は未実施でもあり、現時点の精度として十 上限を設定し、それより数 mA 低い下限電流を設定した。
分である。チューンについては、BBF システムのキッカー 蓄積電流が上限を上回ると、入射器からの 1 Hz の積みでビームに摂動を与え、共鳴する値から求める。チュー 上げ運転を止め、decay 運転に移行し、下限を下回るとン補正は、非分散部の四極電磁石 Q1,Q10 で水平方向、 積み上げを再開するプロセスを自動化した。線型加速器
Q2,Q9 で垂直方向のチューン補正を行った（Fig. 2 参照）。 からの入射電荷は現状、約 0.1 nC である。
夜間も含めた本格的な焼出し運転を 2023 年 8 月 1 日
COD 補正後の軌道が、中心軌道を通るように、1 kHz（周から開始した。土日祝日を除く、月曜朝から金曜夕方ま長換算で約 0.7 mm）程度周波数を調整した。
でが基本である。 8 月 15 日には 100 mA 以上に到達し3.4 電子ビーム廃棄システム（Fig. 3 参照）、dose 量も 10 Ah を越えている。電子ビー
低エミッタンスリング NanoTerasu 長直線部中心のビー ム電流とビーム寿命の積は 400 mAh を越え、蓄積電流
ムサイズは横幅 120 µm (σ)、縦幅 6 µm (σ) である。 100 mA で寿命 4 時間以上に相当する[18]。
400 mA 蓄積時は、トータルで約 400 nC の電荷がこの小さな断面積内に閉じ込められてリングを周回する。何らか 3.6 エミッタンス計測
短直線部に挿入した 3PW からの硬 X 線像をピンホーの理由でビーム軌道が変動して放射光軸がずれると、光
ルカメラで短直線部の電子ビームサイズ像として計測し、学素子等を損傷する恐れがあるため、軌道閾値から外れた場合には、蓄積電子ビームを直ちに廃棄する。その リアルタイムエミッタンス計測を行う[12]。暫定測定値とし手順は、BPM 閾値を軌道が外れた場合、ARIS（ビーム て 、 設 計 値 と 同 様 の 水 平 エ ミ ッ タ ン ス 1.1 nmrad が廃棄インターロックシステム）が蓄積リング空胴に高周波 100 mA で得られている。

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4.

世界の放射光源開発動向

MBA を用いた低エミッタンス放射光リングのアイデア
は 1990 年代に提唱された[19,20]。放射減衰と放射励起の釣り合いで決まる蓄積電子ビームのエミッタンスを下げるため、偏向磁石中の分散関数を抑制して放射励起を小さくする取り組みである。分散関数は距離の 2 乗に比例して大きくなり、放射励起への効果はその積分で 3 乗となる。DBA ラティスの偏向磁石 1 台を 2 台に分割すると、1 台目の分散関数の寄与は 1/8、偏向磁石間に挟む
集束四極磁石を用いて 2 台目の偏向磁石中の分散関数を小さくできる。このように MBA でエミッタンスを小さくできるが、磁石他の密度が高くなり実装は困難となる。2000
年頃から MBA デザイン設計が始まったスウェーデンのMAX IV 3 GeV 蓄積リングは、2010 年に建設が始まり
2016 年からユーザー運転を継続している[21]。水平エミッタンス 0.33 nmrad を目指した世界初の MBA リングで、世界の放射光源開発の流れを決定づけたといえる。
SPring-8、米国 APS と並ぶ大型放射光源 ESRF-EBS
は、世界 2 番目の MBS リングで、2020 年 8 月からユーザー運転を開始した[22]。水平エミッタンス 0.13 nmrad を誇る。APSU は 2023 年 4 月から加速器を停止し、2024
年 4 月から運転再開予定である[23]。SPring-8-II も現在、検討が活発に進めら れている[24]。大型放射光源は0.1 nm 波長に代表される硬 X 線生成に適したエネル
ギー6 GeV の施設であり、該当波長での回折限界を目指して、エミッタンス 0.1 nm 程度以下がターゲットである。
NanoTerasu は 1 nm 波長の軟 X 線向けの 3 GeV クラ
ス 放 射 光 源 で あ り 、 主 な 競 争 相 手 は MAX IV や
Sirius[25]である。周長が 350 m 程度と短いため、低エ
ミッタンス化には不利であるが、建設・維持管理コストを抑制でき、ビームライン 1 本あたりのコストパフォーマンス
に優れている。稼働開始後 7 年の MAX IV のビームライ
ン本数は 9 本、3 年前から稼働中の Sirius が 6 本に対し、NanoTerasu は初年度から 10 本のビームラインを準備する。高いコストパフォーマンス性能で、3 GeV 施設の中で存在感を打ち出したいと考えている。
SPring-8/SACLA は先端放射光リングと自由電子レー
ザーを同一敷地内に併設した唯一の施設であるが、NanoTerasu も軟 X 線自由電子レーザー（FEL）への将来展開を見据えている。FEL への展開可能な他施設は
MAX IV だけである。

今後は挿入光源の調整、BBA を含めた精密な電子
ビーム軌道調整、400 mA を目指した大電流化を着実に進めてゆきたいと考えている。

謝辞
NanoTerasu 加速器に関わられた全ての関係者の皆様に感謝いたします。

参考文献[1] 特定先端大型研究施設の共用の促進に関する法律の一部を改正する法律案,
https://www.mext.go.jp/b_menu/houan/an/detail/mext_00043.html[2] 量研, “3GeV 次世代放射光施設加速器デザインレポート”,
2020 年 9 月, https://www.qst.go.jp/site/3gev/41162.html[3] N. Nishimori, “A New Compact 3 GeV Light Source inJapan”, Proc. IPAC2022, Bangkok, Thailand, Jun. 2022, pp.
2402-2406.
[4] 西森信行, 渡部貴宏, 田中均, “3 GeV 高輝度放射光施設（NanoTerasu）”, 表面と真空, vol. 65, p. 560, 2022.
[5] 西森信行, 渡部貴宏, 田中均, “3GeV 次世代放射光源加速器のための技術開発と建屋設計”, 加速器, vol. 18,
p. 28, 2021.
[6] 西森信行, 渡部貴宏, 田中均, “3 GeV 次世代放射光施設の加速器システム”, 放射光, vol. 33, p. 196, 2020.
[7] T. Asaka et al., “次世代放射光施設 NanoTerasu の 3 GeV
線型加速器ビームコミッショニング状況”, Proc. of the 20th
PASJ, Aug. 29-Sep. 1, Funabashi, Japan, 2023, this meeting.
[8] T. Asaka et al., “次世代放射光施設 NanoTerasu 線型加速器・電子入射部のビーム性能”, Proc. the 20th PASJ, Aug.
29-Sep. 1, Funabashi, Japan, 2023, this meeting.
[9] T. Asaka et al., “Low-emittance radio-frequency electron
gun using a gridded thermionic cathode”, Phys. Rev. Accel.
Beams, vol. 23, p. 063401, 2020.
[10] T. Asaka et al., “Transparent-grid scheme for generating
cathode-emittance-dominated beams in a gridded thermionicgun”, Jpn. J. Appl. Phys. vol. 60, p. 017001, 2021.
[11] S. Obara et al., “3 GeV 次世代放射光施設ナノテラスの蓄
積リング電磁石及び入射部電磁石の設置と試運転状況”,
Proc. the 20th PASJ, Aug. 29-Sep. 1, Funabashi, Japan, 2023,
this meeting.
[12] K. Ueshima et al., “ナノテラスにおける 3 極ウィグラーを用いた電子ビーム診断システム”, Proc. the 20th PASJ, Aug.
29-Sep. 1, Funabashi, Japan, 2023, this meeting.
[13] S. Takahashi et al., “NanoTerasu 蓄積リング用大電力高周波加速システムの現状”, Proc. the 20th PASJ, Aug. 29- Sep.
1, Funabashi, Japan, 2023, this meeting.
[14] T. Ohshima et al., “加速空洞立ち上げ時の周波数変調システム”, Proc. the 20th PASJ, Aug. 29-Sep. 1, Funabashi,
5. まとめJapan, 2023, this meeting.
鹿島建設による NanoTerasu 基本建屋建設が進捗して [15] H. Maesaka et al., “ナノテラス蓄積リング用ビーム位置モニ
タシステムの構築と立ち上げ”, Proc. of the 20th PASJ, Aug.
いる最中の 2021 年 12 月に加速器の据付調整を開始し、29-Sep. 1, Funabashi, Japan, 2023, this meeting.
1 年半という短期間に無事故で完了した。2023 年 4 月に [16] Y. Hosaka et al., “3GeV 次世代放射光施設の加速器イン線型加速器、6 月に円型加速器コミッショニングを開始しターロックシステム”, Proc. PASJ2022, pp. 735-739, THP012,
2022.
て、どちらも順調に推移し、3 GeV 電子ビームを 100 mA以上蓄積し、水平エミッタンス 1.1 nmrad（暫定値）が得ら [17] T. Hiraiwa et al., “Formulation of electron motion in astorage ring with a betatron tune varying with time and a
れている。NanoTerasu は中型放射光施設の位置づけでdipole shaker working at a constant frequency”, Phys. Rev.
はあるが、加速器システムとしては大規模で様々な機器
Accel. Beams, vol. 24, p. 114001, 2021.
が複雑に絡み合い、何かが故障すると全体に影響を与 [18] Y. Hosaka et al., “次世代放射光施設 NanoTerasu 蓄積リン
グ真空チェンバの製作及び設置”, Proc. the 20th PASJ,える。ここまで、大きなトラブルなく進捗したのは、担当者
Aug. 29-Sep. 1, Funabashi, Japan, 2023, this meeting.
やメーカーによる個別機器の入念な準備、担当者間の緊密なコミュニケーション、トラブル発生時の迅速な対応によるもので、今後も継続したい。

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Proceedings of the 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
August 29 - September 1, 2023, Funabashi

PASJ2023 TUOP02[19] D. Einfeld and M. Plesko, “A modified QBA optics for low
emittance storage rings”, Nucl. Instr. and Meth. A., vol. 335,
p. 402, 1993.
[20] S.Y. Lee, “Emittance optimization in three- and multiplebend achromats”, Phys. Rev. E, vol. 54, p. 1940, 1996.
[21] S.C. Leeman et al., “First optics and beam dynamics studies
on the MAX IV 3 GeV storage ring”, Nucl. Instr. and Meth.
A., vol. 883, p. 33, 2018.
[22] P. Raimondi et al., “Commissioning of the hybrid multibend
achromat lattice at the European Synchrotron Radiation
Facility”, Phys. Rev. Accel. Beams, vol. 24, p. 110701, 2021.
[23] https://www.anl.gov/aps-upgrade[24] SPring-8-II Conceptual Design Report, RIKEN SPring-8
Center, November 2014.
[25] L. Liu et al., “Status of Sirius Operation”, Proc. IPAC2022,
Bangkok, Thailand, Jun. 2022, pp. 1385-1388.

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