光を安全に取り出す（後編）高橋直財 高輝度光科学研究センター
〒6795198 兵庫県佐用郡佐用町光都 111E-mail：takahasi＠spring8.or.jp

宮内洋司

高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所〒3050801 茨城県つくば市大穂 1
1E-mail：hiroshi.miyauchi＠kek.jp

1. はじめに
前編の遮蔽，インターロックに引き続き，今回はユーザの皆さんが「人的保護」は勿論のこと，「機器保護」の観点からも安全に実験を行うために必要な機器がずらりと並ぶ「フロントエンド」を取り上げます。
多くのユーザにとって，今回紹介するフロントエンドは通常眼にする機会がないため，その存在すら感じずに実験が進んでいくことが大半だと思います。しかし，ユーザが実験ホールに放射光を導くために操作する MBS ( Main

Beam Shutter) や，放射光の軸芯の部分だけを切り出すマ
スクやスリットなどは，ユーザにとって身近で不可欠なフ
ロントエンド機器の一例です。そこで本稿では，ユーザが安全かつ安定に実験を行ううえで，フロントエンドがいかに重要な役割を担っているかについて，特にフロントエンドが重要性を持つ挿入光源用ビームラインを念頭において解説していきます。

2. フロントエンドとはフロントエンドという名前はビームラインの先端（ Front End ）部に位置することから命名されたものですが，特に分岐ビームラインより上流側に位置する「根幹」という意味から基幹チャンネルとも呼ばれます。蓄積リングに直結しているため，ほとんどの構成機器が遮蔽壁内にあり，ユーザからは縁遠い存在になっていますが，その使Fig. 1

Spatial distributions of the 1st harmonic ‰ux density (1a;Upper) and the power density (1b; Lower) in the helicaloperation mode at SPring-8/BL15XU.

命を簡潔に述べるとすると，「放射光に空間的制限を加え，光軸近傍のユーザの欲する良質な光だけを切り出し，安全かつ安定に光学系に供給する」ということになります。

す。ユーザの関心事はもちろん特定のエネルギーの光であ

このことを視覚的に理解してもらえるように，次の二つり，まさに Fig. 1a が「光軸近傍のユーザの欲する良質なの図を用意しました。これらは，SPring-8 /BL15XU のリ光」の分布です。挿入光源のギャップを操作して，こうい

ボルバー型挿入光源1)を円偏光モード，ミニマムギャップう「自分の使いたい基本波だけを含んでいる光」だけが放で使用した時の基本波のフラックス密度（Fig. 1a）と，放射されて， MBS という蛇口をひねる（開ける）とそのま射パワー密度（ Fig. 1b ）（第 5 章に詳述）の空間分布をそま出てくれば何の問題も無いのですが，残念ながらそうはれぞれ示したものです。この光源は特殊なため多くのユーいきません。高次光が含まれている2)からです。この高次

ザに馴染みのない空間分布形状をしていますが，フロント光も含めて放射された全光子のフラックス密度をエネルエンドの説明をするのに好適であることから用いていまギーで積分した分布が Fig. 1b です。パワーという観点か

378 ● 放射光 Nov. 2005 Vol.18 No.6
(C) 2005 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research特別企画 ■ 光を安全に取り出す（後編）ら見ると，このように大きな光が来ているのです。この図が重要であるのは言うまでもありませんが，特に放射線対だけを見ると，軸外の上下に見える赤い部分が最も役に立策がキーポイントとなります。例えば，ケーブルの被覆部ちそうに見えますが，これを実験ホールにまで取り出してには架橋ポリエチレンを，電磁弁，ネジ継手部等のシールしまうと，実際には必要としない高次光が光学系に紛れ込やパッキング材にはテフロン系（フッ素含有系）を排除しむばかりでなく，光学素子に理不尽な（基本波だけを使いた耐放射線性に優れた材質のものを選定します。それでもたいユーザにとって「割にあわない」）熱負荷を与えるこ蓄積リングを含め，アブソーバやフィルター等の散乱体のとになります。そこでフロントエンドの出番です。これら

近傍では局所的に線量が高くなるため，鉛板による局所遮不必要な軸外の放射光のパワーをマスク，スリットといっ蔽で対応しなければならない場合があります。

た機器で効率よく吸収し熱に変えて除去するのです。この場合，光源からのトータルパワー（Fig. 1b の全面積の積分3.1

ビーム成形と高熱負荷処理値）が5.6 kW であるのに対し，フロントエンドに設置さ軸外の放射光成分を除去し，光軸中心の光だけを取り出れている XY スリットの開口サイズを1 mm（35 mrad）していく様子をとらえた画像が Fig. 2 の下に示してありまとすると，光学系に導かれるパーシャルパワー（Fig. 1b のす。これは，ビームラインのコミッショニング（初めて緑色で囲われた部分の積分値）はわずか 1 W となります。

ビームラインに放射光を導入し機器の調整を行うこと）の際に，スクリーンモニター（ SCM ）で放射光位置を確認

3. フロントエンドの構成機器と役割した時のものです。SCM にはアルミナ蛍光板が光軸に対傾けて取り付けてあります。まず SCM1 では，挿して45°

例えば SPring-8 では Fig. 2 に示すように，フロントエ入光源からの放射を真ん中にして，左側に挿入光源の直下ンドの領域を，蓄積リングの光取り出しポート終端から遮流の，右側に直上流の偏向電磁石からの漏洩光が見えま蔽壁直下流のベリリウム窓までの部分と定義しています。

す。これが開口サイズ7 mm 程度の固定マスクを抜ける

このようにフロントエンドの機器のほとんどは，通常立ことで SCM2 のように四角いビーム形状になり，その後ち入ることができない遮蔽壁内に設置されているため，信前置スリット3)で q4 mm ，最終的には XY スリット4)で頼性を高めることが重要です。前編でも触れられているよ

1 mm の空間的制限を受けて SCM4 に写っているようなうに，フロントエンドでの機器故障は，全ユーザの実験を状態で光学系に導かれるのです。蓄積電流が100 mA 時の長時間に渡って止めてしまう場合が多いからです。さらに各位置での放射パワーも機器配置図中に示しました。このビームアボートに至らなくても，駆動機器が動かないといように軸外の不要なパワーを取り除くためにビーム加工をった事態に陥ると，特定のビームラインで実験ができなく行う機器を高熱負荷機器と呼び，その技術については第 5なります。こうした事態を避けるため，できるだけ確立し章で詳しく述べます。

た技術を使い，普段の保守点検作業をきめ細かに行うこと「こんなに小さくしたら使いたいエネルギーの光が弱くFig. 2

Schematic view of the storage ring and front end in the SPring-8 tunnel. The detailed arrangement of the front
end components and the images of screen monitors obtained during a beamline commissioning at BL12XU arealso shown.

放射光 Nov. 2005 Vol.18 No.6 ● 379

なってしまうのでは」と未だ心配されるユーザは，是数があり，そして開閉回数が多ければそれだけ故障率も増

非，前特別企画（放射光源シリーズ）の第10回2)を読んで加します。普段立ち入れない遮蔽壁内の機器の故障と，下さい。高熱負荷機器が基本波のフラックスを損なうこと

MBS が閉の状態であればいつでも修理交換できる実験なく軸外の不要な放射パワーを取り除いていること，そしホールの機器の故障とでは，その深刻さに大きな違いがあて XY スリットの開口サイズを拡げればいくらでもフラることをご理解下さい。

ックスが増えるということはあり得ないこと，が平易に解説されています。

3.3

超高真空の維持蓄積リングでは，残留気体と電子ビームとの衝突による3.2

放射光の導入/遮断ビーム寿命の低下と制動放射線の発生を極力避けるため全てのユーザが操作する機会を持つフロントエンド機器に，超高真空の維持が必須です。従って，窓無しで蓄積リの代表が，放射光の実験ホールへの導入/遮断を司る“ビーングに直結しているフロントエンドにも同等の超高真空がム遮断関連機器”です。各施設によってその名称がまちま要求されます。また VUV SX ビームラインでは，残留気ちで混同されがちですが，SPring-8 と KEK PF では，放体の吸収散乱による放射光強度の損失を抑制する意味か射光の熱成分および放射線成分を遮断する機器を各々アブらも超高真空が必要となります。そのためフロントエンドソーバ5)，ビームシャッターと呼んでいます。実は，ユー真空系はベーキング可能な仕様となっており，さらに各機ザが操作している MBS とは，この二つの機器を併せた総器のメンテナンスを容易にするためにゲートバルブによっ称であり，両者はユーザからの「開」「閉」指令により連ていくつかの真空セクションに分けられています。フロン

動した制御を受けます。

トエンドに使用するゲートバルブは，耐放射線性に優れ長ビームシャッターは，放射線を遮蔽するために充分な厚期間真空封止能力が維持できるオールメタル製を採用するさを持ったヘビイメタル（タングステンを主成分とした合ことが望ましく， SPring-8 ではすべてオールメタル製と金の商標），もしくはステンレスのブロックが内蔵されてなっています。しかしオールメタル製は非常に高価である

いて，これを圧空駆動シリンダーで上下させます。光学ハため， KEK PF では高い信頼性が要求される蓄積リングッチ内の放射線遮蔽体である DSS (Down Stream Shut-との取合部以外のゲートバルブについては比較的安価なバter ) には鉛ブロックが使用されていますが，鉛は超高真イトンシール製を採用しています。バイトンシール製は，空に適さない材料であるためフロントエンドでは使用でき耐放射線性がかなり劣るため，シール面に鉛で局所遮蔽をません。具体的な放射線遮蔽ブロックの厚さは，SPring-8施すことでバルブの寿命を延ばす工夫をしています。フロではヘビイメタル 400 mm ， KEK PF ではヘビイメタル

ントエンドの各真空セクションには，超高真空を維持する250 mm もしくはステンレス400 mm です。

ためのイオンポンプ，チタンゲッターポンプといった溜め

この遮蔽ブロックに放射光が直接照射されると融けてし込み式ポンプや，真空監視のための電離真空計が設置されまうため，その上流側に熱成分を吸収するための機器が必ています。ターボ分子ポンプなどの移送式ポンプは，真空要になります。この役目を担う機器がアブソーバであり，立ち上げ時に一時的には使われますが，遮蔽壁内は異常有水冷銅ブロックが圧空駆動シリンダーで上下する機構にな無の監視，故障や事故への迅速な対応が困難であるため主っています。アブソーバは，MBS 閉時に放射光を全て受排気ポンプとしては使用されません。

け止める必要があるため，最も過酷な高熱負荷機器（第 5蓄積リングの真空保護という視点からのフロントエンド

章に詳述）と言えます。アブソーバとビームシャッターのの仕組みは二つあり，急激な真空悪化と，比較的緩慢な真連動のシーケンスは，上述のように遮蔽ブロックが熱融解空悪化への対応に分けられます。この方針はどの施設でもすることを避けるために， MBS を開ける際にはビームシ同じですが，機器構成の違いなどからその具体的対処につャッターを開いた後にアブソーバを開，MBS を閉じる際いては様々なようです。まず前者について KEK PF で採にはアブソーバを閉じた後にビームシャッターを閉じる動用されていたシステムは，高速シャッターシステム FCS作となります。

(Fast Closing Shutter) と衝撃波遅延管 ADL (AcousticMBS の開閉要求指示は， KEK PF でも SPring-8 でもDelay Line) との組み合わせによるものです。FCS は，フ

基本的には ユーザが手 動で行うス タイルです が，最近ロエントエンドに設置されたトリガー用真空計が急激な真SPring-8 で実験用 PC からの自動開閉が可能になり，こ空悪化を検知すると即座（ 10 ミリ秒程度）に高速閉止ブ

ういったユーザフレンドリーな流れは他施設にも波及するレードを動作させ，衝撃波を阻止するシステムです。またものと思います。このような変化を踏まえ，その使用に対FCSは高速動作を行うように特化されているため水冷が不し留意してほしいことがあります。それは，もし MBS の可能であり，同時にビームアボートするシステムが必要に下流にある BBS (Branch Beam Shutter) や DSS の開閉でなります。さらに，ゲートバルブのような真空気密性がな代用できるならば MBS の無用な開閉を避けてほしい，といことから，連動してゲートバルブを閉めるロジックも求いうことです。MBS のような駆動装置には有限の寿命回められます。

380 ● 放射光 Nov. 2005 Vol.18 No.6

特別企画 ■ 光を安全に取り出す（後編）

一方，ADL は数メートル長の丸型真空パイプ内部に放工法）を用いた製造工程も取り入れています7)。

射光が通過するサイズの穴が開けられた多数のステンレスベリリウム窓の上流側に設置されているグラファイトフ板が取付けられた構造で，特にフロントエンドより下流のィルター8)は，低エネルギー成分をグラファイトに吸収さ突発的な真空悪化に伴う衝撃波の速度を遅くするものでせることでベリリウム窓への熱負荷を低減するためのものす。しかし近年では，ADL を使わずに，フロントエンドで，厚さ0.1 mm 程度の数枚のグラファイト箔から構成さの真空パイプの断面を放射光が通過するのに必要最小限まれています。従って， VUV SX ビームラインには，ベリで小さくすることが多くなっています。これは，コンダクリウム窓もグラファイトフィルターも設置されません。各タンスが小さくなり差動排気と同じ効果を生み出すと同時々の箔は，水冷銅ブロックに押しつけて冷却する構造が一に，建設費低減，小口径フランジ採用による真空漏れ不具般的です。かつて使用されていたグラファイト箔は，天然合発生機会の減少等の効果が大きいためです。

グラファイトを原料にしたものであったため，天然グラフ

比較的緩慢な真空悪化への対応については，圧力監視用

ァイト中の不純物金属による吸収端吸収が生じる可能性が真空計のセットポイントをトリガーとし，真空悪化セクシありました。しかし現在では，カプトンフィルムを原材料ョンの場所に応じて，アブソーバやゲートバルブを閉じたとした固相固相法で製造しているので，この不安は解消

り，場合によってはビームアボートも要求します。

されました。

各ビームラインの真空悪化に対しては，対象のビームラ特にイメージング，トポグラフィーのユーザから，ビーインだけを閉鎖することで他のビームラインのユーザ運転ムの均一性の改善要求があり， SPring-8 では既存のベリは続行可能ですが，蓄積リング自体の真空度の大幅な悪化

リウム窓を高純度（99.8 以上）高面粗度（ Ra 0.1 mm ）はただちに蓄積リング全体の長期運転停止に結びつきま型のものに交換しています。しかしこの新型の窓材は，機す。ユーザの皆さんも真空事故には十分に注意して下さい。

械的特性試験により強度や靱性が大幅に低下する9)ことがわかりました。このため，真空事故を防ぐというフロント

4. ユーザ実験への影響

エンドの使命から，次章に示す弾塑性解析やオフラインでの104 回の繰り返し照射試験を行い，耐久性を確認しまし

軸外の熱成分を除去することがフロントエンドの基本的た。その結果，ビーム均一性の改善に関する報告10) もな役割であることから考えても，ユーザの実験結果に直接影されています。ただし，この材料でも母材内部にボイドが響を与える フロントエ ンド機器は 多くありま せんが，存在し，表面研磨だけでは透過強度の一様性が完全には改MBS 開の状態で光軸上に位置する機器として，ベリリウ善されないこともわかってきたため，新たなベリリウム材

ム窓とグラファイトフィルターがあることに留意下さい。の選定が必要11) であるようです。ユーザ実験の成果向上

ベリリウム窓はまさしく「窓」であり，上流側のリングを最大限に考えながら，新たな材料に対しても機械的特性真空（超高真空）と下流側の光学系真空（高真空）を切りの把握や解析による評価を行っていくことになります。

離して遮断する一方，約 3 keV 以上のエネルギーの硬 X線だけは透過させるものです。従って，ベリリウム窓より5. 高熱負荷処理技術

も下流側の X 線ビームラインでは超高真空が要求されなくなり，取扱いが非常に楽になります。ベリリウム窓の構

第三世代放射光施設においては，高熱負荷は何もフロン

造は，水冷銅マスクにベリリウム箔（厚さ0.25 mm）を接トエンドだけの問題ではなく，光学系にある分光器，ミ合したもので，通常 2 枚 1 組で設置し，その間を超高真ラー，はたまたユーザの試料にも影響することです。しか空にしています。この配置は，かつて KEK PF で下流側し，それぞれ意味合いが違います。フロントエンド機器のベリリウム窓よりも下流のビームパイプを 1 気圧ヘリは，構造的に破損しなければいいのですが，軸外の巨大なウムガスで満たして X 線を導くようにしていた際，ベリ熱負荷を処理する必要があります。一方，光学系では降りリウム箔が常にヘリウムガス圧による力を受け続けていた

注ぐ熱負荷量は相対的に低いですが，分光，集光性能を損こと6)，またこのヘリウムガスに混入した空気がベリリウなわない構造が要求されます。ここでは，パワーへの理解

ム窓を酸化して損傷し，下流側ベリリウム窓を交換する必促進の観点から初歩的な解説も含めて，少し専門的になり要があったこと，から導入された経緯があります。現在でますがフロントエンド機器にとっての高熱負荷処理技術には，ベリリウム窓の下流も真空に引かれるようになったの的を絞って話を進めます。

でこのような危険性はなくなりましたが，光学系のメンテナンス時にはベリリウム窓の下流が 1 気圧になることは5.1

トータルパワーとパワー密度同様であり，真空事故を防ぐ意味からも，この設計が踏襲パワーの特性を表す量として，トータルパワーとパワーされています。フロントエンドのベリリウム窓は特に大き密度の二つがあります。前者は，光源から放射されたトーな冷却能力が要求されるため， KEK PF では冷却水路をタルフラックスをエネルギーで積分したもので「 W 」のできるだけ受光面に近づけるために HIP （熱間等方圧加単位で表され，後者は前に述べたように，単位立体角あた

放射光 Nov. 2005 Vol.18 No.6 ● 381

りに含まれるパワー「W /mrad2」として表されます（Fig.

1b はパワー密度の空間分布の例を示した）。いくらトータルパワーが小さくてもビーム発散角が小さければ，パワー密度は大きくなります。高熱負荷処理技術で注目すべきはパワー密度の大きさです。「満員電車で誰かに足を踏まれた時，それがスレンダーな女性であってもピンヒールのかかとで，だったとしたら…」とでも，想像してみて下さい。
その具体的な大きさは， SPring-8 の最も標準的なアンジュレータの場合，トータルパワー13.7 kW ，最大パワー密度550 kW/mrad2 となります。しかしここで重要なこと
は，パワー密度は，空間分布を持っているということと，Fig. 3

Typical schematic drawing of a high-heat-load-component
using the grazed angle technology.

具体的に対象となる機器での実効値に直して検討する必要があるということです。例えば典型的なフロントエンド入口付近（光源から約 20 m ）での実効的パワー密度は，軸積の拡大は，加工上の問題や面間長さの制限から限界にき上で最大となりその値は 1.4 kW / mm2 となります。世界ています。

最高輝度を誇る 25 m 長直線アンジュレータだと最大パ

そこで，パワーを面内だけでなく，深さ方向にも分散さワー密度は 2 MW /mrad2 となり，値だけ見ると「パワーせる「体積発熱技術」の開発も進められています。従来の密度が 4 倍にもなりさあ大変だ」ということになるので受光部材質である GlidCop では，放射光はほぼ照射面近すが，長直線アンジュレータの場合，発光点からフロント傍で吸収されるためパワーが表面に集中します。そこで，エンドまでの距離が長くなり，フロントエンド入口付近ベリリウムのような X 線をあまり吸収しない軽元素を採（光源から約 35 m ）での実効的最大パワー密度は1.6 kW /用し，光を内部にまで進入させ体積で熱を吸収することにmm2 で，標準型とほぼ同じになります。これもパワーをより，表面での局所的な温度上昇を抑制しようというもの考える上で重要なことです。

です。この技術を使った体積発熱型マスク13) は，面間距
離 0.2 m で約 4 kW のパワーを処理できる設計になってい5.2

高熱負荷への対処ます。

フロントエンドにおける高熱負荷への対処方法の基本は，Fig. 3 に示すような「斜入射技術」を軸としたものです。

5.3

熱および熱応力解析

単位面積あたりの熱負荷量を軽減するために，受光部を光高熱負荷機器の使用限界を考える際，まず考慮されるべ軸に対して傾けて照射面積を増やします。パワーを面内にきことは「熱くなりすぎて溶けないこと」であり，最高温分散させる（先の満員電車の例に戻ると，ピンヒールをス度を予測する必要があります。物質に放射光があたると吸ニーカーに履き替えることに相当）のです。また，冷却面収されて熱に変わります。この熱流束は，物質内部においでの熱伝達係数を増加させる目的で冷却水路に銅メッシュて高温側（照射部）から低温側（非照射部）へ，冷却面にや銅コイルを挿入することも行われます。銅メッシュの挿おいて物質表面から周囲流体へ移動します。前者を「熱伝入は，年 1 回の洗浄作業や特殊なロウ付け技術が要求さ導」といい，熱流束は熱流の方向の温度勾配に比例しまれること，冷却水の圧力損失が大きく機器の面間長が制限す。この比例定数を熱伝導率（W /m /K ）といい，代表的されるとい う問題を抱 えているた め，世界的 に見てもな例として常温では，銅385，アルミ240，SUS304

SPring-8 で開発された銅コイル技術12) が主流になってい16 がおおよその値です。後者は「熱伝達」と呼ばれ，熱ます。さらに，受光部材質は，一般的な無酸素銅ではなく流束は物質と流体の界面での温度差に比例します。こちら

GlidCop という商標名でお馴染みのアルミナ分散強化銅にの比例定数が熱伝達係数（ W / m2 / K ）であり，流体の状代表される先端材料が使われます。GlidCop を使う最大の態が静止した空気（積極的に冷却しない）の場合と，冷却理由は高温特性に優れているからですが，冷間加工度やロ水を強制的に流した場合など，状況によって大きく異なりウ付け等の製造工程により機械的特性は少なからず異なるます14) 。従って，簡単な一次元，二次元モデルとして扱ため注意が必要です。これらの技術を組み合わせて実効的えるような形状（例えば角柱のような単純で軸対称な形）なパワー密度を 15 W / mm2 以下に抑えることにより，大の受光体については，熱流束，熱伝導率，熱伝達係数を境雑把に言って光軸方向の面間距離 1 m あたり 10 kW のパ界条件として与えれば，周囲流体の雰囲気温度と機器の最ワー処理が可能になっています。 SPring-8 では最も熱負高温度との差が比較的容易に計算され，大雑把な最高温度荷の厳しい機器で0.38度まで傾けています（ビームの受光を予測することができます。こうした単純モデルでは，厚面積は約150倍に拡大）が，これ以上の傾斜による受光面み方向への熱の拡がりを考慮しませんが，一般的に実際よ382 ● 放射光 Nov. 2005 Vol.18 No.6

特別企画 ■ 光を安全に取り出す（後編）

りも高目に計算されるため安全側に働きます。しかし，実際の機器は複雑な三次元構造で，熱流束も空間分布を持っており，さらに熱伝導率や熱伝達係数の温度依存性（非線形性）を考慮する必要もあります。また，受光面が高温になった場合には，伝熱のもう一つの形態である「熱輻射」も影響してきます。このような場合に手計算を行うことは極めて困難であり，通常，有限要素法を用いたコンピュータシミュレーションで温度分布を計算することになります。
それでは，この計算された最高温度が，物質の融点を超えなければ問題ないのでしょうか

答えは「否」です。

「熱応力」の問題があるからです。熱応力とは，温度変化（勾配）による伸び縮みが拘束されることによって発生する応力で，弾性域では材料のヤング率，線膨張係数，温度差に比例します。機器の中心部に放射光があたり周辺部を冷却するという一般的な構造の場合には，中心部の温度が上昇し伸びようとしますが，周りが冷却されているため伸びが拘束されてしまいます。この時の応力分布は，熱解析で得られた温度分布を境界条件として与えた構造解析により求められ，受光部には圧縮応力が，冷却部には引張応力

Fig. 4The solutions on the elastic and plastic analysis, which is thecyclic diagram of the equivalent stress and the equivalent
plastic strain, in case of a beryllium window for undulator
beamlines at SPring-8. They are marked ＋/－ sign based on
the analysis results.

が発生します。この応力状態を材料の機械的強度特性と比較することで静的（放射光が照射された定常状態）な挙動がつかめます。

能な域に入って来たと言えます。Fig. 4 は，SPring-8 の新

しかし，これでも十分とは言えず，熱負荷の繰り返しに型ベリリウム窓に対して行った弾塑性解析から得られた応よる疲労に対する評価が求められます。疲労とは，繰り返力―歪み線図であり，この結果から寿命の推定9)も行われし応力が負荷されることにより，比較的小さな応力状態でています。

も（降伏点より十分に小さくても）亀裂が発生し，破壊に最後に次世代の放射光源に対する高熱負荷機器の展望に至る現象のことです。今回のケースでは，放射光の照射がついて簡単にふれます。まだ光源の仕様が明確になってい止まると受光部温度は下がり応力状態が圧縮から引張へとませんが， X 線自由電子レーザ15) に代表される，極短パ変わり，この加熱冷却による熱応力の変化が MBS の開閉，ルス的であり，かつ角度発散が極めて小さな放射を想定す

ID ギャップの変更，加速器の運転/停止等によって繰り返ると，従来の平均パワーへの対処に加えてピークパワーへし負荷されることにより熱疲労の問題となって現れるのでの考慮がなされなければならいように思います。すなわ

す。

ち，数十フェムト秒程度の間，現状よりも桁違い（ 107～108 程度）に大きなピークパワー密度を持った放射光が繰

5.4

今後の見通し従来，高熱負荷機器の設計基準として，「静的な応力分布を弾性解析で求め，最大相当応力が材料の降伏点以下でり返し照射されたときの「熱衝撃」が材料に与える影響は未知の領域であり，材料学的なアプローチも含めた取り組みが必要になるのではないでしょうか。

あること」が一般的に用いられていました。塑性変形は破壊の一歩と考え，弾性変形内での使用に限っていたので6. おわりにす。しかし，更なる光源の高出力化に対応するにあたり，この基準は保守的であり，判断基準を見直そうという動き

フロントエンドは何も SPring-8 や Photon Factory にしがあります。つまり最高温度の部分が局所的に降伏したとかない特別なものではなく，放射光施設であるなら（機器しても，欠陥等が無く発生する応力が破断応力以下であれの規模の差こそあれ）どこにでも存在し，重要な役割を担ば，一回の照射で壊れることはないからです。このようっていることを述べてきました。また，フロントエンドにに，塑性変形域での使用も視野に入れるとなると，まず弾は，この他に「光位置のモニタリング」という重要な役割

塑性解析による応力―歪み線図の取得が必須になりますがあるのですが，残念ながら紙面の制約上今回の解説からが，その遂行には多大な時間と労力がかかっていました。

割愛しました。他のモニターも含めたビーム位置検出技術

しかし，最近のコンピュータの高性能化により処理速度はとして，別の機会に詳述されることを期待します。

格段に速くなり，モデル化の工夫次第で実用的な検討が可放射光 Nov. 2005 Vol.18 No.6 ● 383

お願い5)

本シリーズでは，初心者ユーザが陥りやすい誤りやビー
ムライン担当者の貴重な経験談を募集しています。最終回で紹介する予定です。また，本シリーズに関してご意見・ご要望などがありましたら，合わせて編集担当（SPring-8JASRI 大橋治彦/ hohashi ＠ spring8.or.jp ， KEK PF 平野馨一/keiichi.hirano＠kek.jp）までお寄せください。

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