佐賀シンクロトロン光応用研究施設電子リニアック 2002 年(設計現状)
設計現状)
冨増多喜夫 1,A)、岩崎能尊 A) 、安本正人 B)、橋口泰史 C)、山津善直 C)、木塚俊博 C)、落合裕二 C)A）（財）佐賀県地域産業支援センター、〒840‐8570

佐賀県佐賀市城内 1‐1‐59
B)〒305‐8568

産業技術総合研究所 光技術研究部門

茨城県つくば市梅園 1‐1‐1C)

つくばセンター中央第２

佐賀県 経済部 産業振興課〒840‐8570

佐賀県佐賀市城内 1‐1‐59

概要
佐賀 1.4GeV シンクロトロン光源(佐賀 SL)の入射器である 250MeV 電子リニアックの設計現状と平成15(2003)年からの組立.調整の予定について述べる。
電 子リ ニ ア ッ ク の長 さ は 高 電圧 入 射 部 を 含め て28.5m、電子ビームのエネルギーとマクロパルス長は入射時 250MeV 以上で 1μs である。毎秒１パルス入
射 で 、 1 μ s パ ル ス 中 の ミ ク ロ バ ン チ 数 は 22（22.3125MHz、44.8ｎs 間隔）の多バンチ入射である。ミクロバンチ当たりのクーロン数は約 0.6ｎC の場合、毎秒約 13ｎC の電子が加速され、セプタム電磁石を通って入射される。リングの周長は 75.5m で1μs パルスは 4 周分のビームに相当する。入射時以外での電子ビームのエネルギーとマクロパルス長は40MeV で 12μs である。10H 運転が可能で自由電子レーザー発生などに利用できる。12μs パルス中のミクロバンチ数は約 1070(89.25MHz,11.2ｎs 間隔)である。今回は限られた施設スペースで入射エネルギーを上げる方策とその得失についても述べる。

1．はじめに佐賀県経済部産業振興課

6 台の挿入光源のほかに電子入射部の直線部ではレーザーを電子ビームに正面衝突させ、逆コンプトン散乱によって発生する準単色γ線[2]を放射線検出器の校正線源として活用することも可能である。
リニアックによる 1GeV 以下のリングへの低エネルギー入射例としては電総研(現産総研)での NIJI-I〜IV、TERAS への 150~310MeV 入射のほか、1.5GeV級への低エネルギー入射例としては、ブラジル・カンピーナスの 170MeV 入射(最近 120MeV から増強)の 1.4GeV リング [3] 、米国ルイジアナ･CAMD の200MeV 入射の 1.5GeV リング[4]がある。300ｍA 以上の蓄積電流を得るには 250MeV 程度の入射エネルギーが必要とされている[5]。
佐賀 SL の場合、スペースと予算の制約があり、250MeV 電子リニアックによる低ｴﾈﾙｷﾞｰ入射蓄積･加速方式[6]を採用する。将来の入射器活用の一つとして低エネルギー部の 28〜36MeV 電子ビームを用いて二色(4〜10μm、8〜20μm)の赤外自由電子レーザー装置[7]の設置も可能である。

２．佐賀電子リニアック

佐賀県 SL 応用研究施設の建設は佐賀県と科学技
電子リニアックの概略構成図を図 1 に、リニアッ術庁によって平成 10 年に認められ、平成 16 年度稼
クとビームの主要なパラメータを表１と表２に示す。
働を目指して施設の基礎設計,実施設計が進められ
電子リニアックの主要部の構成は FEL 研とほぼ同じてきた。平成 13 年から 14 年にかけて鳥栖市の北部
で、長寿命(千時間以上)の熱陰極電子銃からの 600ps
丘陵地区に約 4200 平方米の施設建屋が建設されてパルス長で 1.2ｎC の電子バンチを適切な集束レンいる。
ズ系により低エミッタンスを保ちながら約 10ps パ
佐賀 SL の建設は、部品発注、組立・調整運転方ルスで 0.6ｎC バンチに短バンチ化できる 6MeV バン式で行なう方針が認められ、部品仕様の決定では実績があり確実に稼働する最高性能のものが選ばれて
チ ャ ー [8] 、 12 μ s 長 で 出 力 平 坦 度 0.1% 以 下 のいる。14 年 4 月から各種部品の発注が始められ,152856MHz パルス高周波源[9]の他に電子入射時に高加年 3 月から佐賀 SL の組立が始まる。
速 が 可 能 な 1 μ s 長 で 出 力 平 坦 度 0.2 ％ 以 下 の平成 11 年度の基礎設計では、１GeV で周長 40m2856MHz ﾊﾟﾙｽ高周波源を備えている。1μs パルス高程度の第２世代リングが候補として取り上げられた。 周波源にはクライストロン E3712(2μs‐88MW, 4
しかし高輝度光リングの有用性と九州地区の大学やμs−80MW)を使用する。
産業界の長期活用に期待して、1.4GeV で周長 75m,ウイグラーなど 6 台の挿入光源を設置できる最小規模の第３世代高輝度光リングを設計した[1]。
________________________________________
１E-mail：tomimasu@mb.infosaga.or.jp http://www.infosaga.or.jp/synchrotron/index.htm

図１．佐賀電子リニアック構成図

表１．Main paramaters of Saga linac
表 2.
Thermionic triode(EIMAC 646B)
Injection energy
120keV
Trigger pulse
150V-0.6ns pulse(89.25 MHz or 22.3125 MHz)micropulse charge
1.2 nC
micropulse separation 11.2 ns or 44.8 ns
macropulse duration
12μs
repetition rate
10Hz
Prebuncher
Re-entrant type
Frequency
714MHzQ-value~2000
Peak field
80kV
BuncherStanding wave type
Frequency
2856MHz
Energy~5MeV for 1MW rf
Energy spread
100keV(FWHM)
Accelerating waveguideTravelling wave type
Length & number
2.9298m x 6
RF power at injection
36MW + 88MW
at application
36MW

Beam parameters of Saga linac

Gun

Electron energy at injection
Energy spread (FWHM)
Peak current
Beam radius
Normalized emittanceMicropulse charge
Micropulse duration
Micropulse separation
Macropulse duration
Macropulse repetition rate

250MeV
0.5%
130A
0.5mm
25xπ10-6 m-rad
0.6nC
4ps
44.8ns~1μs
1HzElectron energy at FEL application~40MeV
Energy spread (FWHM)~1%
Peak current
60A
Beam radius
0.5mm
Normalized emittance
25xπ10-6 m-rad
Micropulse charge
0.6nC
Micropulse duration
6ps
Micropulse separation
11.2nsMacropulse duration
12μs
Macropulse repetition rate
10Hz電子リニアックの進行波型加速管は約 3m 長でfilling time は約 1μs である。従ってマクロパルス長1μs の電子ビームを加速するには加速管に 2μs 長の高周波が必要で、E3712 の出力として 2μs‐88MW を選んでいる。 毎秒 1 パルス入射で、1μsパルス中のミクロバンチ数は 22（44.8ｎs 間隔）の多バンチ入射である。パルス長を 4μs｣から 2μs にすることで、高周波出力が 80MW から 88MW に 10％増加できるので、コスト増なしで電子エネルギーは５％、即ち 12.5MeV 増加し 262.5MeV となる。
電子リニアックのエネルギー増強に SLED（SLACEnergy Doubler)を採用することも検討している。この場合,E3712 の出力として 4μs−80MW を選ぶと、2μs―160MW 近くの約 2 倍の高周波出力得られるので図 1 に示された AT3~AT6 の 4 本の加速管に160MW を供給すれば高周波入力は約 2 倍になるので、4 本の加速エネルギーが 180MeV の場合電子エネルギーは 72MeV 増加し,322MeV となる。しかし,]160MW の合成出力波形は中国桂林地方の山形状であり、電子エネルギーを揃えるために高周波出力を 0.2％程度に揃えるとなると毎秒２バンチ入射にせざるをえないし、コスト増も大きい。
22 バンチ入射を２バンチにするのなら、ビームをAT2~AT6 の５本の加速管(全長で約２０m)で２度加速する方法も検討に値する。44.8ｎs 間隔の２バンチ加速が可能なので、5 本の加速エネルギーが 210MeV
で あ れ ば 210MeV 増 加 し 全 加 速 エ ネ ル ギ ー は460MeV となる。 コスト増よりも調整時間が必要になる。

15 年 9 月〜10 月
リニアック RF 部品、クライストロンとパルス変調器の組立・調整（局操、遠操）
リニアック真空槽の組立、真空立上げ
各種電磁石と架台の組立、位置合せ
各種電磁石電源据付配線工事
インタロックを含む各種制御系配線工事
15 年 11 月~12 月
リニアック電子銃及び加速管のエージング（遠操）16 年 1 月〜2 月
リニアック・ビーム加速テスト(遠操)16 年 3 月〜
リングへのビーム入射・ビーム蓄積(遠操)

参考文献
[1]

[2]

[3]

[4]

３．電子リニアックの発注・組立調整予定
3.1．発注14 年 8 月
リニアック入射器 (電子銃、プリバンチャー、バンチャー)、加速管、架台、ビームモニター等の発注
14 年 9 月
各種温調冷却水装置、配管工事、RF 系部品、クライストロン,パルス変調器、グリドパルサー、リニアッ
ク真空系、電磁石、電磁石電源、ビーム制御系、[5][6][7]

14 年 10 月以降
各種配線工事3.2. .組立・調整
15 年 3 月〜5 月[8]リング電磁石架台据付、基準点設定[9]15 年 4 月~6 月
温調冷却水装置、配管据付
15 年 7 月~8 月
リニアック入射器、加速管、架台、等の据付基準点設定、ビームモニター位置合せ

T. Tomimasu et al., “Saga synchrotron light source I(design study)”, Abstract of the Asian Forum on
Synchrotron Radiation (Hiroshima Univ., Jan. 14-16,2001) 19-1~3.
H. Ohgaki et al., “Linearly polarized photons from
Compton backscattering of laser light for nuclear
resonance fluorescence experiments”, Nucl. Instr. Meth.
A353 (1994) 384-388.
R. H. A. Farias et al., “MAGNETIC DESIGN OF THE
LNLS TRANSPOT LINE”, IEEE Proceedings ofPAC’95, Dallas, May 1-5, 1995, pp. 1361-1363.
R. L. Stockbauer et al., “A NEW SYNCHROTON
LIGHTSOURCEATLOUISIANA
STATE
UNIVERSITY’S
CENTERFOR
ADVANCED
MICROSTRUCTURES AND DEVICES”, Nucl. Instr.
Meth. A291 (1990) 505-510.
H. Saisho and H. Takada, “KANSAI MEDIUM –SCALESYNCHROTRONRADIATION
FACILITY”,
Proceedings of the International Symposium on
Medium-Scale Synchrotron Radiation Facilities in Asia
(Hiroshima Univ.,July 5, 1990) pp.168-177.
H. Takada et al., “Effects of Increasing Injection
Repetion Rate of Low-Energy Injection into a Compact
Storage Ring”, Jpn. J. Appl. Phys. 28, L1304(1989).
M.Yasumoto et al., “Two-color IR-FEL facility forsemiconductor and bio-medical applications at Saga
synchrotron light source”, to be published in proceedingsof the international symposium on the infrared freeelectron laser and its application, Noda, Jan 31-Feb.2
2002.
T. Tomimasu et al., “Strong focusing system of FELI
6-MeV electron injector used for ultraviolet range FELoscillation”, Nucl. Instr. Meth. A407 (1998) pp.370-373.
E. Oshita et al., “24-MW,24 μ s PULSE POWER
SUPPLY FOR LINAC-BASED FELs”, IEEE
Proceedings of PAC’95, Dallas, May 1-5, 1995, pp.
1608-1610.