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)

STATUS REPORT ON THE ISIR ELECTRON LINACS IN OSAKAUNIVERSITY
G.Isoyama1,A), R.Kato A), S.Kashiwagi A), J.Yang A), T.Yamamoto A), Y.Honda A), N.Kimura A), T.Kozawa A), S.Seki A),
A.Saeki A), Y.Yoshida A), S.Tagawa A), S.Suemine B)
A)
The Institute of Scientific and Industrial Research, Osaka University
8-1 Mihogaoka, Ibaraki, Osaka, 567-0047
B)
Unicon System Co. Ltd.
6-4-28 Misaki, Suminoe-ku, Osaka, 559-0013
Abstract
The improvement of the two electron linacs of ISIR in Osaka University were performed in ’02 FY and a new Sband linac with laser-driven RF-gun was equipped at the time. In the last FY, the performance tests were carried out for
the individual new equipments and as a whole system, relating to the L-band electron linac and the new S-band electronlinac. The current performances for these linacs are reported.

阪大・産研・電子ライナックの現状
階の加速器室に隣接する部屋をレーザー用の部屋とし、RF電源系を地下1階の部屋に移設した。現在の
電子ライナックの設置場所を図１に示す。
以下ではＬバンドライナックの作業経過と現状、及び新たに設置されたRF電子銃ライナックの現状について報告する。

１．はじめに阪大産研では平成１４年度にナノテクノロジー関連の研究をより一層発展させる目的で､ライナックに関連する組織の改組が行われ、装置に関しても、Lバンド、Sバンド電子ライナックが改良され、更にフォトカソード付きRF電子銃を備えたSバンドライナックが設置された。
２．Lバンド電子ライナックの現状
Lバンドライナックに関しては、高品質でかつ極めて安定な電子ビームを各ビーム利用実験に供給す
平成１４年度末までに主要な機器の納入設置が終るため、クライストロン及びクライストロン・モ了し、旧制御系を用いて試験運転が行われた。平成
ジュレータ、サブハーモニック・バンチャー用RF源、 １５年度は５月に老朽化した配線類を撤去し、６〜冷却水システム、電磁石電源など、加速器を安定化
７月で新しい制御系の構築を行った。８〜９月で初させるための機器更新が行なわれ、プログラマブ
期試験運転と制御ソフトウェアの修正を行い、１０
ル・ロジック・コントローラー（PLC）とパーソナ
月から本格的な試験運転を開始した。１２月には制ル・コンピュータ（PC）を主体とした計算機制御シ御系のデータベース・システムが稼動を開始し、機ステムが導入された。これによりユーザーによる加器の不具合の発見に利用されている。この試験運転速器の運転も将来可能となる事が期待される。また、 中に発見された深刻な不具合はバンチャー系立体回
これらの更新された機器を安定に精度よく動作させ路での放電とクライストロン出力の異常変動である。
るため、及びユーザーの幅広い要求にこたえるため
前者は、運転中にＲＦ波形モニターで放電が確認さにタイミング・システムの更新も行われた[1]。
れ、エージングを行っても状態が改善しないことから、立体回路を分解して放電個所を特定した。バン
Sバンドライナックは、これまで主として低速陽電子ビーム生成に利用されてきた。前述したように、 チャー系立体回路内の２台の９０度ツイスト、プリバンチャー用方向性結合器、バンチャー位相器に放今回新たにフォトカソード・RF電子銃付きSバンド電痕が確認され、ツイストとプリバンチャー用方向電子ライナック（以下、RF電子銃ライナックと呼性結合器には放電対策が施され、バンチャー位相器ぶ）の設置が認められ、これを従来のSバンドライは今回の夏期シャットダウン中に更新作業を行う予ナックと併置する作業が行われた。RF電源としては定である。後者は、クライストロン電圧や入力ＲＦ
RF電子銃ライナック用に1台分設置することになっには変動が見られないにもかかわらず、ＲＦ出力波たが、スペースの問題等から、新たに１台設置せず形が小さな放電の場合のように変動するものである。に、従来使用してきたRF電源の1台を更新することこの現象は無負荷（加速管を切り離してダミーローにした。またRF電子銃ライナックを利用したパルスラジオリシス実験では、レーザーが必要となるため、 ドに接続した）状態でも確認され、負荷側を接続すると一桁以上この変動が大きくなる。源信個所特定
従来Sバンドライナック用RF電源系（クライストロのために、数ヶ月に及ぶ検証試験を行ってきたが、ン、モジュレーター等）が設置してあった、地下２
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E-mail: isoyama@sanken.osaka-u.ac.jp

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L-band Linac
S-band Linac
S-band Linac
with PhotocathodeRF GunOperation room

Laser
Laser

B2 floor
Laser
30MW KlystronB1 floor
35 MW Klystrons

図 1 阪大産研における電子ライナック配置図

RF電源系や冷却システムの高精度化、高安定化が必
最終的には新しいタイミング系の試験のときに、旧要となる。このため、クライストロンのパルス電源システムの主発振器とその逓倍回路ユニットが原因には、PFNを10段に採用し、充電電源を安定化させであることが特定された。また、この新しいタイミることにより出力パルス電圧の安定度を0.2 %以内
ング系を導入したことにより、クライストロンのＲに抑えた。RF電子銃とライナックの温度安定化につＦ出力パルスと電子ビームとの間のジッタ‑はこれいては、高精度冷却装置を導入した。加速空洞の温までの100nsから数nsまで減じられ電子ビームのエ度制御を0.1℃以内に抑えた。
ネルギー変動は格段に安定化した。当初目標とした
本ライナックの主たる用途である、パルスラジオ
クライストロン・モジュレータのパルス毎の出力変リシスは[2]、量子ビーム誘起による初期反応や超高動0.1 %は、充電電圧のモニター回路の見直しにより、ほぼ達成された。パルス内の電圧変動は試験的速現象の解明にとって最も重要な手段の一つである。
な回路で、Long Pulseモード8 µs内の5.5 µsで0.1%
現在、パルスラジオリシスの時間分解能がサブピコを実現した。常にその値を実現するには回路の配置秒領域までに到達しており、放射線初期過程に関す等の再検討が必要である。現在は１０月からの共同る重要な知見が得られている。現在はフェムト秒領利用運転再開を目指して、ビーム調整を進めながら、 域の反応の時間情報からナノ空間における反応活性実験グループと利用系まで含めた試験運転を行い、種の位置情報を得るために、フェムト秒時間分解能残された不具合の解決と性能評価を行っている。
を有するパルスラジオリシスの開発が行われている。
本ライナックを用いるシステムでは、低エミッタ
ンス電子ビームの発生には、1.6セルの加速空洞で３．フォトカソード・RF電子銃付Sバンド構成された最先端S‑バンドフォトカソードRF電子銃
電子ライナックが採用されている。電子発生用の光カソードの材質
本ライナックではフェムト秒からアト秒を目指しは無酸素銅が用いられている。光カソードの光源とた電子線パルスを発生させることを目的としており、 しては、全固体ピコ秒レーザーを用いた。本レー34

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)同期されている。また、再生増幅器の下流側にOPO
ザーは、モードロックNd:YLF発振器、再生増幅器とを取り付け、出力パルス波長が可変となっており、波長変換器により構成される。発振器の周波数は、異なった波長での過渡吸収の測定が可能となる。電電子線発生と加速用の2856MHzRFを1/36に分周した
子線パルスとレーザーパルスの間の時間ジッターに79.3MHzRFと位相ロックされている。再生増幅器かよる時間分解能の劣化に対しては、従来開発したら出力エネルギー3ｍJまで増幅された光パルスは、フェムト秒ストリークカメラを用いた時間ジッター
非線形結晶によって４倍波（262nm）を発生し、カ補正法を取り込んだ。
ソードに照射される。RF電子銃から発生した電子ビームのエネルギー（4MeV）が低いため、ビーム輸
平成15年度は、S‑バンドレーザーフォトカソード
送中空間電荷効果によるエミッタンスの増大を生じ
RF電子銃ライナック、パルスラジオリシス用のフェる。これに対しては、電子銃出口にソレノイド磁石
ムト秒レーザーシステム、電子ビーム測定系を構築を取り付けられ、ソレノイド磁場強度を最適化し、し、動作確認を行った。また、フェムト秒ストリー空間電荷効果によるエミッタンスの増大を補正してクカメラを用いた電子パルスとレーザー光パルスのいる。
間の時間ジッター補正法、斜め入射法の検討を行っ
電子ビーム加速用のライナックは、長さ2ｍのた。シミュレーションを用いて、電子線パルス長
S‑バンド進行波型ライナックを採用している。ライ（時間幅）をより縮小するのためのパラメータサー
ナックとRF電子銃には、同一クライストロンから2ベイも行っているところである。
分配されたRFがそれぞれ供給される。ライナックとRF電子銃に供給されるRFピークパワーはそれぞれ４．まとめ
25MWと10MWであり、運転繰り返しは10Hzである。ラ
イナックのRF位相調整は、ハイパワーRF伝送ライン
Lバンド電子ライナックに関しては、主要部分のに取り付けたフェーズシフターによって行う。ライ
機器更新が行われ、平成15年度はこれらの調整や装ナックでは、電子ビームを加速するともに、RF位相置全体としての不安定個所の特定や故障の修復に多調整により電子パルスがエネルギー変調される。
くの時間が費やされた。現在ではこれらの不安定要
フェムト秒電子パルス発生には、2台の45°偏因もほぼ取り除かれ、10月からの共同利用開始に向向磁石と4台の四極電磁石から構成された磁気パル
け、準備を行っているところである。一方、Sバン
ス圧縮システムを用いている。すなわち、ライナッ
ド 電 子 ラ イ ナ ッ ク に つ い て は 、 RF電 子 銃 付 ラ イ
クでエネルギー変調された電子パルスが磁気パルス
ナックが新たに設置され、これに伴う電源の移設や圧縮システムを通過させることによってエネルギー立ち上げを中心に作業を行った。現在では変更承認
違い電子の軌道長の差を利用してパルスを圧縮する。 申請も承認され、本格的実験を開始するところまで
磁気パルス圧縮法によって圧縮されたパルスの幅は、 来ている。今後は陽電子の実験とパルスラジオリシ
入力ビームのエミッタンスとエネルギー分散に依存
スの実験とを、交替で行う予定である。
している。本システムでは、レーザーフォトカソー
ドRF電子銃を利用しているため、ビームのエミッタ
参考文献
スが1 mm‑mradまで到達でき、シミュレーションにより本システムでは電子パルスの圧縮は数十フェム[1]加藤龍好他,”阪大産研Lバンドライナックの改造と性能ト秒まで可能である。
評価”,Proceedings of 28th Linear Accelerator Meeting in
フェムト秒パルスラジオリシスの分析光としてJapan,
Tokai, Jul.30-Aug.1,2003.
は、チタンサファイアレーザーから発生したフェムト秒光パルスを用いている。このレーザーは、チタ[2]楊金峰他, ”フォトカソードRF電子銃を用いたフェムトンサファイアレーザー発振器、パルスセレクタと再秒電子パルスの発生とパルスラジオリシス”,Proceedings
生増幅器から構成されている。発振器の周波数は、
of 28th Linear Accelerator Meeting in Japan, Tokai, Jul.30RF 電 子 銃 用 レ ー ザ ー と 同 様 に 電 子 線 加 速 用 のAug.1,2003.
2856MHzのRFを1/36に分周した79.3MHzRFと高精度で35