Proceedings of the 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
October 18 - 21, 2022, Online (Kyushu University)

PASJ2022 TWP015

ニュースバル放射光施設の現状
PRESENT STATUS OF THE NewSUBARU SYNCHROTRON LIGHT FACILITY橋本智 A) , 藤井将 ∗,A) , 櫻井辰幸 B) , 牛澤昂大 B) ,皆川康幸 C) ，鍛治本和幸 C) ，中田祥太郎 C) , 平山英之 C)

Satoshi Hashimoto A) , Hitoshi Fujii∗ ,A) , Sakurai Tatsuyuki B) , Takahiro Ushizawa B)
Yasuyuki Minagawa C) , Kazuyuki Kajimoto C) , Shotaro Nakata C) , Hideyuki Hirayama C)
A)
Laboratory of Advanced Science and Technology for Industry, University of Hyogo
B)
Japan Synchrotron Radiation Research InstituteC)
SPring-8 Service Co., LtdAbstract
NewSUBARU synchrotron light facility is consist of an electron storage ring and nine beam lines for soft x-ray. The
facility was located in the SPring-8 site and has been operated by LASTI, University of Hyogo since 1998. Since March
2021, 1.0 GeV electron beams have been supplied by the newly constructed Linac. The stored beam current for top-up
operation at 1.0 GeV is increased to 350 mA. Stored electron energy can be accelerated or decelerated between 0.5 and
1.5 GeV.

1.

はじめに

ニュースバル放射光施設は、兵庫県立大学高度産業科学技術研究所が SPring-8 サイト内に設置し、1998 年から運用している放射光施設である (Fig. 1, 2, 3)。

Figure 1: Bird’s eye view of the NewSUBARU building.

2020 年末にニュースバル専用の新入射器が完成し、2021 年 3 月から新入射器による 1.0 GeV 電子ビームをニュースバル蓄積リングに入射している [1]。
ニュースバル放射光施設は周長 118 m のレーストラック型電子蓄積リングと、9 本の放射光ビームラインから構成されている。蓄積リングのハーモニック数は 198で、通常運転時のフィリングパターンは連続 110 バンチを入射後、フルフィリングで入射する。現在、1.0 GeV利用運転時には蓄積電流 を 350 mA に保つ随時継ぎ足し入射 (Top-Up 運転) が行われている。1.5 GeV 利用運転
では、1.0 GeV で 400 mA まで電子を蓄積後、1.5 GeVまで加速を行い、Decay 運転で利用運転を行っている。
Table 1 にニュースバル電子蓄積リングのパラメーターを示す [2]。
Table 1: Parameter of NewSUBARU Storage Ring
Injection energy

Figure 2: NewSUBARU storage ring.

Figure 3: General layout of the new 1.0 GeV linac.
∗ hfujii@lasti.u-hyogo.ac.jp

1.0 GeV

Storage energy

0.5 – 1.5 GeV

Storage current (max)

500 mA

Top-Up operation

1.0 GeV / 350 mA

Circumference

118.731 m

Lattice

DBA(6 cell) + Inv. B(6)Number of bending mag.

12

Radius of curvature

3.217 mRF frequency499.955 MHz

Harmonic number

198

Betatron tune

6.295 (H) / 2.215 (V)Electron energy

1.0 GeV

1.5 GeVMode

Top-upDecay

Storage current

350 mA

400 mA∆E/E

0.047%

0.072%Natural emittance

50 nmrad112 nmrad

放射光利用では、軟 X 線領域放射光の産業利用として、極端紫外光半導体リソグラフィー関連研究開発、- 1119 -Proceedings of the 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
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LIGA プロセスによるナノマイクロ加工、 新素材開発・産業用分析、ガンマ線光源開発等に使われている。また
長直線部に設置した任意テーパーアンジュレータを用いて、単一サイクル自由電子レーザー原理実証実験が行われている（理化学研究所および兵庫県立大学理学研究科との共同研究）。

2.

を行った結果、SIP の高圧電極が腐食し、そこから真空漏れがあったことを突き止めた (Fig. 5)。SIP を予備のものに交換して、復旧している。今年の夏にリング全部のSIP の高圧電極の腐食調査を行う予定である。

ニュースバル加速器運転の現状

ニュースバル放射光施設の 2021 年度の年間運転時間の内訳を Fig. 4 に示す。2021 年度の総運転時間は 1,919時間であった。ニュースバルの運転時間は基本的に 9:00
∼ 21:00 であるので、毎朝、装置の立ち上げ、ビーム電流の積み上げ、および必要に応じて 1.5 GeV 加速を行なっており、運転開始からユーザー利用開始まで 0.5 ∼1 時間ほどを加速器調整に費やしている。年間運転時間の内訳にもある「Machine tuning」には、この合算時間も含まれている。2021 年度の運転サイクルは第 6 サイクルまであり、各サイクルの最初の数日に実施される加速器調整日では、ビーム入射、エネルギー加速など安定なユーザー運転実現のために必要な調整が行われる。2021年度の調整時間は 計 257.5 時間であった。2021 年度のビームダウンタイムは例年より少し多い、57.5 時間であった。このビームダウンタイムは全運転時間 1,919 時間には含めていない。

Figure 5: High-voltage electrode of ion pump with vacuum
leakage.

(2) 電子銃高圧電源の故障
電子銃の 50 kV 電源 (MARX 電源) が Over Current のアラームを出して、立ち上がらなくなった。予備機に交換したが、再度アラームが出て同様に立ち上がらなくなった。6 枚の高圧基板のうちの 1 枚が絶縁不良を起こしており、最初に故障した電源をメーカーで修理して再設置することで復旧した。

(3) RF 窓冷却チラーの故障
ユーザー利用運転中にリングの RF クライストロンがウィンドウ流量低のアラームで停止し、ビームアボートが発生した。現場を調査すると、RF ウィンドウを冷却するチラーが故障して停止していた。予備機に交換することで復旧している。故障したチラーは型式が古くて修理出来なかったため、新たに予備機を購入した。

Figure 4: Operating time breakdown of NewSUBARU
storage ring in FY2021.

(4) 入射器の制御系トラブル
C バンドクライストロンの高圧を立ち上げる時に RFが加速管に出力されないトラブルがあった。Low Level系の機器から信号が出ていないことが判明し、MTCAのボードを OFF/ON して、MTCA を再起動することで2.1 トラブル事例復旧した。その後、加速器が運転していない時に予備のボードに交換している。

以下に 2021 年度に発生したマシントラブルとそれぞれの対処を示す。

(1) SIP 高圧電極の腐食
2021 5 月、ユーザー利用運転中にリングの一部の真空が悪化して、自動でゲートバルブが閉じてビームアボートした。現場を調査すると、真空悪化した部分のスパッタイオンポンプ (SIP) の高圧が落ちていた。SIP はすぐに立ち上がったが、真空漏れを疑い、リークチェックを行うも原因を見つけることは出来なかった。夏期点検期間まで加速器の運転は問題なく行えたが、点検期間中の9 月に再度同じ場所が真空悪化で SIP 高圧が落ちた。この時は SIP も立ち上がらず、より入念なリークチェック(5) ビームアボート
上記以外に 2021 年度にビームアボートが 6 回起きている。そのうちの 1 回は、粗排気系の真空ポンプを壁コンセントにつないだところ、容量オーバーでブレーカーが落ちた。同じ系統に RF サーキュレータ電源が一時的に接続されていたため、ブレーカーが落ちたことで同電源も停止し、リング RF もダウンしてビームがアボートした。このトラブルの後、サーキュレータ電源は分電盤に接続変更された。それ以外に瞬時電圧低下によるビームアボートなどがあった。

(6) GUI 不具合- 1120 -Proceedings of the 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
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加速器を操作する GUI プログラムは 2020 年度に、これまでの Xmate から Qt へ移植された。通常のユーザー利用運転に使用する GUI の不具合は 2020 年度の時点で改修は済んでいたが、スタディの時のみ使用される GUIに不具合が残っていた。これが原因でスタディ翌日のユーザー利用運転の時にビームが正常に入射出来ないというトラブルが 2 回起きたが、現在までに不具合は改修済みである。

2.2 加速器運転の改善(1) 電子ログの運用
オープンソースの ELOG [3] を加速器運転の電子ログとして採用し、2021 年 4 月から本格運用を開始した(Fig. 6)。従来のログノートに相当する logbook タブとGUI 操作を自動的に記録する acclog タブを設けている。
logbook への記載はキーボード入力で行うが、定型的な内容は GUI でボタンを押すと自動作成されるようになっており、運転員の負担を減らしている。また、関係者にメール送信される運転日報も自動で summary タブに記録されて検索できるように構築した。

3.

光源開発ビームライン BL01 の現状

長直線部を光源点とする BL01 は光源開発ビームラインとして加速器グループが管理運用しており、現在は、• レーザーコンプトン散乱（LCS）ガンマ線の光源開発とその利用• 自由電子レーザーによる超短パルス放射光（単一サイクル）発生の実証実験 [4]を行っている。2020 年から一時停止していた LCS ガンマ線利用は 2022 年はじめから部分的にではあるが再開した [5]。今後も引き続きガンマ線の光源開発と利用を行う。

4.

まとめ

兵庫県立大ニュースバル電子蓄積リングは、建設から24 年経過しており、経年劣化による様々な機器故障が増えてきている。このため安定な運転の継続に向けて、限られた予算と人員のなかで定期点検の実施、機器の更新・監視システムの構築等で対応している。ニュースバ
ル専用の高性能な新入射器の運用が始まった結果、入射器および蓄積リング一体のより自由度の高い運用が可能になった。引き続き、安定で高品質な放射光の供給と加速器の高度化研究を目指していく。

5.

関連報告

本年会でニュースバル関連の以下の報告がある。
• 機械学習によるベータトロン振動波形のリアルタイ
ム解析、藤井他 (WEP019)• SACLA-BL1 加速器 (SCSS+) およびニュースバル
新入射器のスクリーンモニタへの GigE カメラ制御システムの適用、清道他 (WEP012)• 単一サイクル FEL 原理実証用超短パルスレーザー光源の開発、貴田他 (WEOA11)• レーザー逆コンプトン光子の光中性子生成二重微分断面積測定への応用、佐波他 (WEOA09)

Figure 6: Operation elog.

参考文献(2) 加速時のビーム電流値増加
2020 年度（新入射器以前）までは、1.5G eV 利用時は蓄積電流 350mA にて加速を行ってきた。2021 年、新入射器の運用に慣れて、安定な大強度ビーム出射とリングへの高い入射効率を長期に渡って維持できる目処がついたため、1.5 GeV 利用時の蓄積電流を 400 mA に増強した。このビーム調整の際に、380 mA 付近でビーム不安定性（Cavity HOM による Coupled Bunch instability）によるアボートを繰り返した。また 1.5 GeV 加速後のDecay 運転時に蓄積電流減少に伴い、同様の不安定性が見られた。これまでのスタディなどで、蓄積電流の減少に伴い、リング RF 空洞の tuner position は増加し、6.4 ∼7.0 mm 付近でビーム不安定性が発生することがわかっている。この不安定性を回避するためにリング RF 空洞の tuner phase offset 値を-14.5 度から-21.5 度に変更することで、安定に 400 mA までの電流積み上げと、1.5 GeV加速後の Decay 運転を行うことが出来るようになった。

[1] T. Inagaki、S. Hashimoto et al., ”ニュースバル 1.0GeV 新入射器の建設とコミッショニング運転”、 Proceedings ofthe 18th Annual Meeting of Particle Accelerator Society ofJapan, Aug, 2021, pp102-105.
[2] https://www.lasti.u-hyogo.ac.jp/NS/facility-ring.html[3] https://elog.psi.ch/elog/[4] Y. Kida et al., ”単一サイクル FEL 原理実証用超短パル
スレーザー光源の開発”、 Proceedings of the 19th Annual
Meeting of Particle Accelerator Society of Japan, Oct. 18-21,WEOA11, 2022.
[5] T. Sanami et al., ”レ ー ザ ー 逆 コ ン プ ト ン 光 子 の 光 中 性子 生 成 二 重 微 分 断 面 積 測 定 へ の 応 用”、 Proceedings ofthe 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society ofJapan, Oct. 18-21, WEOA09, 2022.

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