Proceedings of the 21st Linear A ccelerator Meeting in Japan (September 30- October 2,1996,Tokyo, Japan)〔P I —16〕

DEVELOPMENT OF PICOSECOND PULSED ELECTRON BEAM M0NIT0R(3)Y.HOSONO, M.NAKAZAWA，T.UEDA and M.UESAKA
Faculty of Engineering, University of Tokyo.
7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113.
A bunch-shape monitor and beam position monitor for 35MeV electron linear
accelerator have been developed. Test measurements have been made under theconditions of accelerated charges of lower than 1 nc/pulse and narrow pulse width(=10ps).
The bunch-shape monitor consists of a SMA type electric connector and a tapered Al
pipe of 50 mm inner diameter. The reason why it was taperd pipe is to diminish gradually
the influence of wake-field produced by Ti window of the accelerator. Using this monitor, it
was successfully made in the bunch measurement of the picosecond pulsed electron
beams.
The beam position monitor is being made by a N-type electric connector and an Al pipeof 100 mm inner diameter. On this design, the effectiveness was already confirmed
experimentally as beam position monitor.

ピ コ 秒 ノ 弋 ノ レ ス 電 子 線 モ ニ 夕 — •の1 •はじめに発（III)力！
]速ビームのバンチ状 H 、強 度 、安 定性 、位置情報

東大ライナヅクから発生する、パルス幅 1 0 ピコ等を知ることが可能である。な お 、電極に SMAユネク

秒以下のシングルノtンチビームは、高速物理現象の夕を使用した場合の応答注は、4ps程度と推定され解析やパルスラジオリシスおよび加速器物理等の幅る （測定手段がないため、この点は実験的に確認さ広い研究に用いられてきた。現 在 、さらに高速のフれてない ）oェムト秒領域の現象解析をめざし、フェムト秒パル
ス電子線加速の研究が行われている。

一 方 、東大ライナヅクを用いての実験では、ビーム出口窓から数十 c m の大気中で行われるケースがこれらの研究に際しては、ビームのバンチ状態、多 く 、実験者はそこにおけるビーム情報を知ってお安 定 性 、強度等を知ることが不可欠である。一般 に、くぬ要があり、そこでのビーム測定が求められる。

それらの情報を得る手段としては、ストリークカメ

しかし、その場所は、ビームが加速器のビーム出ラが用いられてきた。

ロ窓を通過する際に生じる強烈なwake-f ieldの影響

その方法は 、3 0 0 フェムト秒の分解能を有し、があり、実験体系によっては、ビームの作る電場とパルス電子線の測定に ■ な手段である。しかし、wake-fieldとの合成電場を測定することになる。そ

同方法は、物質中をビームが通過することによっての結果、正確なビーム情報が得られない時もある。

生じるチェレンコフ光を利甩して測定することから、そうした影響の遁減ないしは除去するためには、真空中での測定や実験と同時のビーム測定は困難でビーム出口窓とモニターとの間にある一定の距離をあるという問題点を持ってきた。

とるか、wake-fieldの影響を受けにくい構造のモニ

その問題点の解決を目指し筆者らは、構造が簡単でかつ高速時間分解能を持つモニタとして、市販の夕一とすることが必要となる。
そこ

で筆者らは、本間らが提案した方法5, を 応

電気信号用コネク夕ー（SMA，BNC;N型 ）を電極として用 し 、モニターのビーム入力側にテーパーをつけた用いたピコ秒パルス電子線モニタを開発し報告してアルミパイブとSMAコネクターを組み合わせたモニタ
一 の 試 作 • 開発を試みた。

きた1 ，2 ,3) 。
同方法は、ボタン型モニタ 4〉を応用したもので、

ま た 、筆者らは、ビーム加速に際し必ず必要となるビーム位置検出器の開発も進めてきた。筆者らの方法は、アノレミパイブと電極にN 型コネクタ一を用いたものである。ここでは、これまでに得た位置検出器に関する知見についても報告する。

2 • モニターの原理および_試作したモニターの— をFig.l に示す。モニターは、500mm長のA1パイブの中心に電極としてSMAコネクターを用いたものでる。電極は、ビームライ
イ上から見ると50SIになっている。モニターは、ビーム入口径が10腿 ^ で、100mm進んだところでの径が50腿必となるテーパーを付けてある。こうする事でwake-fieldの除去を試みた。
同図に示したモニターの終端は、テーパーを付けていない。そのために、ビームがモニターを通過しヅブライン型モニターと同様であるから、ここでは略す。
モニターは、ビーム出口窓から発生ずるwakefield の影響を少なくするため、ビーム出口窓との距離を約15cm離して設置した。
実験は、パルス幅10ps、加速電荷量 1 nc/pulse( コリメー夕一は、3腿が）で行った。ビームの進行方向に左右に検出器を動かした時の距離と2 つの出力 （左右の電極出力）との関係をFig.5に示す。
纖 の 結 果 、位置分解能は1腿以下であることと、検出器の中心からビームまでの距離をr とした時、本検出器出力は、概ね 1 / r 12 に比例することがわかった。

3 . まとめた時に生じる電場が、終端で反射しその反射波がモ市販されているSM A コネクターとテーパーを付ニ夕一出力信号に現れる事になる。しかし、電極との往復の距離が500腿あることから、光速でも約1.7けたアルミパイブによってwake-field対策を行った
ピコ秒パルス電子線モニターを試作し、その特性をnSかかることになり、ピコ秒領域のビーム波形測定測定した。その結果、検出器にテーパーを付けるこには、実質的な■ を 与えない。
測定は、モニター出力を約10mのセミリジヅトケーブル（カットオフ周波数fc=34GHz) を通して、サンブリングオシロスコーブ (fc=20GHz) に入力しとが極めて有効であることが確認された。今後は、観測した。
同モニターをビーム出口近傍に設置し、測定した波形をFig.2 に示し、 テーパーを付けない時の測定波形をFig.3 に示す。これらの実験結果から明らかなよ
うに、テーバーを付ける事は、加速器のビーム出口窓から発生するwake-fieldの影響を除去する上で有効であることがわかる。
出力波形の立ち上がり時間は、約20psであった。
この時間は、使用したサンブリングスコーブの応答14力嫌J18psであることから、それによって決まっていると言える。なお実験は、パノレス幅10ps以下、加速電荷量が 0.22 nc/pulse ( コリメー夕一は3腿必）で行った。
次にビーム位置検出器について述べる。筆者らが試作開発を進めているビーム位置検出器の概要をFig.4 に示す。
位置検出器は、長さが500咖aで内径が100mmのアノレミパイブに N型コネクターをビームラインに対称に付けたものである。その出力信号からモニター内のビーム 位置を演算して求める方法である。
演算方法については、ボタン型モニターやストリ電極をさらに細くし、相関法等を用いることによって、フェムト秒パルス電子線計測を試みる予定である。
また、内径100腿のアルミパイブとN型 コネクターを用いて位置検出器を構成した時の特性測定も行った。その結果、位置分解能は1 腿以下であり、十分実用化可能であることがわかった。今後は、読みだし回路の開発等を行い、さらに位置分解能の向上をめざす所存である。
# # 文献⑴ 細 野 、長谷川、関ロ、上 田 ；ピコ秒A°ルス
モ：:タへ第27回応物学会（1980) P.10
⑵ 細 野 、中沢：第18回ライナック研究会1993年 （KEK)

pp.101-103.
(3)Y.H0S0N0 et-al:Jpn, J, Appl, Vol.34(1995 )，pp.4974-4976.
(4)C.R.CARMAN and J.P.L.PELLEGRIN: NIM 113(1973)pp.423-432.
(5体 間 他 ：第 16回ライナック研堯会1991年 ( 日犬）pp.266-268.
(6)A.H0MMA et al: NIM A371(1996)pp.355-357.

Fig.1 Schematic view o fth e beam monitor.

ちFig.2 Output waveform(using tapered pipe)
horiz.:100 ps/div” 70m V/div.

_a_Fig.4 Schematic view of the beam positionmonitor(BPM).

Fig.3 Output waveform(not using tapered pipe).
horiz.:100 ps/div., 70m V/div.

1000

3456789Distance(cm)Fig.5 Output of the BPM. Vs. distance.

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