Proceedings of the 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 29th Linear Accelerator Meeting in Japan (August 4 - 6, 2004, Funabashi Japan)

VUV and Soft X-ray High-brilliance Light Source (Super SOR)
H.Takaki1,A), H.Sakai A), N.NakamuraA),
Super SOR Accelerator Design GroupA)
Synchrotron Radiation Laboratory, The Institute for Solid State Physics, The University of Tokyo
5-1-5 Kashiwanoha, Kashiwa-shi, 227-8581
Abstract
The University of Tokyo has been promoting the Super SOR project to construct a new synchrotron radiation facility
dedicated to sciences in VUV and Soft X-ray (SX) region. The new facility consists of a 1.8 GeV storage ring with 12
insertion devices and more than 20 beamlines applicable to advanced experiments using undulator radiation, a 1.8 GeV
booster synchrotron and a 200 MeV linac. The conspicuous feature of the new light source is that the accelerators aredesigned to satisfy the “top-up operation” to overcome the short lifetime of the electron beam in a storage ring operated
with the relatively low energy.

極 紫 外 ・ ఫ X線 ‫ ݗ‬輝 度 光 源 （ SuperSOR）
１．はじめに
東京大学は、 全国共同利用を目的とした第三世代の極紫外・ఫX線領域‫ݗ‬輝度光源（SuperSOR）の建০を柏キャンパスに‫ڐ‬画している[1]。SuperSORの光源加速器、ビームラインと分光光学系、放射光利用実験‫ڐ‬画の具体的০‫ڐ‬作業は、東北大学、KEK、東京大学、理研、分子研、SPring-8等の研究者による共同ワーキンググループによっておこなわれて来た[2]。
加速器の構成は図１に示すように、200MeVの線形加速器、200MeV から1.8GeVまで஢子を加速しフルエネルギー入射が可能なブースター・シンクロトロン、1.8GeVの光源リ ングから成っている。‫ݗ‬輝度の放射光源では、蓄積ビーム஢流の変化に֬因する放射光実験装置の熱負荷の変化が問題になるため、蓄積ビーム஢流を一定に保つように常時入射を繰りඉす“トップ・アップ”運転が重要な機能の一つとなる。
それを踏まえて、加速器仕様策定ワーキンググルー
プでの検討を元に、SuperSORの光源加速器、ブースター・シンクロトロン、線形加速器の基本性能ついて報告する。

図１：Super SOR全体図。

２．光源リング
光源リングは、エネルギー1.8GeV、周ସ約280m、14個のChasman-Green型のセルからなり、17mのସ直線൉2本と6mのସ直線൉12本を持つ（表１参照）[3]。
6mのସ直線൉2本は、入射൉と‫ݗ‬周波加速空洞を০置するのに使うため、挿入光源が০置可能なସ直線
൉は12本である。図１に偏向஢磁石及びアンジュレータからの放射光のスペクトルを示す。ସさ15m
アンジュレータ及び4.5mのアンジュレータを用いてそれぞれ1019photons/s/mm2/mrad2/0.1%b.w.をଵえる輝度の光を提供することができる。
6mのସ直線൉ の両端には四極஢磁石のトリプレッ
1E-mail: takaki@issp.u-tokyo.ac.jp

640

図２：光源リングから得られる放射光スペクト
ル。

Proceedings of the 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 29th Linear Accelerator Meeting in Japan (August 4 - 6, 2004, Funabashi Japan)

表１：光源リングの基本パラメータ
High-βHybridModeMode
Energy[GeV]
1.8
Circumference[m]
280.55
Emittance[nm rad]
7.26
7.80
Energy Spread
6.68E-4
6.68E-4
Momentum
1.00E-3
1.00E-3Compaction Factor
Betatron Tune
Horizontal
14.12
15.20
Vertical
5.18
5.86
Damping Time
Horizontal[msec]
19.32
19.32
Vertical[msec]
19.4
19.4
Longitudinal[msec]
9.72
9.72
RF Voltage[MV]
1.4
RF Frequency
[Mhz]
500.1
Harmonic Number
468
Synchrotron Tune
0.00759
0.00759
Bunch Length
[mm]
3.94
3.94
RF Bucket Height0.02930.0293

トをそれぞれ配置することで、ସ直線൉におけるベータトロン関数の自由度を上げている。同様に17mのସ直線൉の両側にはそれぞれ４台の四極஢磁石を配置している。特に6mସ直線については、中央
൉でのベータトロ ン関数がβ x=17.3m,β y=4.3m のHigh-βセクションと,β x=1.1m,β y=2.6mのLow-βセクションを用意した。これは、༄接するアーク൉
および他の直線൉への影‫؜‬無しに、ସ直線൉のベータトロン関数を変化させることができるようになっている。図３(a)は、全てのସ直線൉をHigh-βセクションにしたHigh-βModeのオプティクスで、六極஢磁石に対する位相の進み方の対称性が良いため、広いダイナミックアパーチャの確保が期待できる。
図３(b)はリング半周で5本ある6mସ直線൉のうち２本をLow-βセク ションにし たHybridModeのオ プティクスである。Low-βセクションは、磁極ギャップの小さい挿入光源をインストールしたり、‫ݗ‬周波加速空洞を配置しそのバンチ結合型不安定性を押さえたりするのに使用できる。また、Low-βセクションは任意の6mの直線൉で可能であり、全てのସ直線൉をLow-βセクションにする事も可能である。
トップ・アッ プ運転を行う上でビームの振動源となりうる入射൉は೪常に重要である。SuperSORでは、バンプキッカー４台と入射セプタムを6mのସ直線内に全て配置することで、೪線形磁場を発生するコンポーネントを入射バンプ軌道内から排除している。これによって、入射バンプをその大きさに関係なく閉じることができ、トップ・アップ運転時のビーム振動は入射ビームのコヒーレント振動だけになる。
ビーム寿命が 短いとトップ・アップ運転のデューティーが増え஢力や放射線の問題も発生するため、トップ・アップ運転においてもある程度のビーム寿命を確保することは重要である。Super SORではダイナミック・アパーチャーを水平垂直共に20mm以上

図３：光源リング半周のオプティクス。(a)はHigh-βMode、(b)はHybridMode。
を確保し、光源リング内の真空度を0.5nTorrにすることで、ビーム஢流400mAの時に１０時間の寿命を確保している。

３．ブースター・シンクロトロン
ブースター・シンクロトロンの周ସは93.5mであり、リングのちょうど３分の１である。線形加速器から200MeVで入射した஢子を1.8GeVまで１Hzの繰り図４：ブースターシンクロトロンのオプティクス。
641

Proceedings of the 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 29th Linear Accelerator Meeting in Japan (August 4 - 6, 2004, Funabashi Japan)

表２：ブース ター・シンクロトロンの基本パラメータ
Parameters
Extraction
Injection
Energy1.8GeV
0.2GeV
Circumference
93.5m
Lattice
Modified FODO
Harmonic #156
emittance
52.1 nm rad
Energy spread
7.06
10-4
Bunch length
13.7mmBetatron tune
7.35/3.30 (x/y)
Momentum0.01080.0108compaction
Damping time
5.7/5.8/2.9 ms
4.2/4.2/2.1 s(x/y/z)
Bending field
1.25T
0.139TRF frequency
500.1 MHz
Bucket height
0.00700.030

ඉしで加速する（表２参照）。基本セル構造は、短い周ସでエミッタンスを低く出来るModifiedFODO
ラティスを採用し、図４に示すように分散関数がそのぶん大きくなる傾向がある。
さらに、この ラティスの特徴として、モーメンタ
ム・コンパ クションを ೪常に小さ く出来る（ ~0.003）オプティクスをオプションとして持つため、仮にトップ・アップ入射時に光源リングのシンクロトロン振動が問題になる場合でも対処できるようになっている[4]。

４．線形加速器
線形加速器の基本構成を図５に示す。6本の2m加速管と2本の50MWのクライストロン及びスレッドを使って200MeVま で஢子を加速する。運転モードはパルス幅10ps、ピーク஢流80Aのショートパルスモードと10-100ns、400mAのセミロングパルスモードの2種་がある。ショートパルスモードでは476MHzのサブハーモニックバンチャーを使用する（表３参照）[4]。ショートパルスモードはシングルバンチ入射に、ロングパルスモードはマルチバンチ入射に使用する。
トップ・アッ プ運転はショートパルス、ロングパルス両モードでおこなう。ただし、光源リング内の表３：線形加速器の基本パラメータ
Beam Energy
200MeVRF frequency
2856MHz
Repetition rate
50Hz (Max)Normalized emittance< 50 nm rad
Operation mode
Short
Semi-long
Pulse length
10 ps
10-100ns
Peak current
80A
400mA
Energy spread (FWHM)
0.5%
0.5%

図５：線形加速器の構成図。
バンチ毎の஢荷量の一様性を保つために通常の入射時と比べて線形加速器のピークビーム஢流1/20程度に落とす必要がある。そのため、஢子ࢳ直後に開口径が可変のスリットを置いてビーム஢流量を調整できるようにしている。
マルチバンチ運転においてはセミロングパルスモードを使う事が有効であるが、光源リング及びブースター・シンクロトロンの‫ݗ‬周波加速空洞が500MHzで運 転され るのに 対して 、線形 加速器 は2856MHzで簡単な整数比にならない。これら二つの周波数は約6MHzのマスターオシレーターを逓倍して作ることで同期をとってあるが、ブースター・シンクロトロンへの入射時にRFバケットに入らないバンチは必然的に発生するため、入射効率が落ちてしまう。そこで、３GHzの線形加速器について現在検討を行っている。

４．まとめ
SuperSORの光源リングは、ସ直線൉のベータトロン関数にフレキシビリティのあるラティス構造を持ち、多様な挿入光源に対して同時に最適な環境を提供できる。また、トップ・アップ運転に関しても、光源リング、ブースター・シンクロトロン、線形加速器ともに対応できるようになっている。

参考文献[1] A. Kakizaki, ”A New Synchrotron Radiation Facility
Project of the University of Tokyo”, SRI2003, San Francisco,
August 2003, p.25.
[2]“ 極紫外線・ఫX線光源‫ڐ‬画デザインレポート“[3]

平成14年9月。

H. Takaki et al., ”Lattice Design of Super SOR”,SRI2003, San Francisco, August 2003, p.105.
[4] H. Sakai et al., ”Design of an Injector for the Super SOR
Ring”, SRI2003, San Francisco, August 2003, p.69.

642