Proceedings of the 20th Linear Accelerator Meeting in Japan ( September 6—8,1995，Osaka，Japan)

INVESTIGATION ON THE POSITRON FACTORY PROJECT AT JAERI (VIII)-Simultaneous Extraction of Multi-Channel Monoenergetic Positron Beams Using an Electron linacSohei OKADA, Hirohisa KANEKO, Hiromi SUNAGA, Shin-ichi MASUNO, HarukiTAKIZAWA
and Keiichi YOTSUMOTO
Takasaki Establishment, JAERI, Japan Atomic Energy Research Institute1233 Watanuki, Takasaki, Gunma 370-12, JapanAbstract
We have proposed a concept of simultaneous extraction of multi-channel monoenergetic positron beams using anelectron linac, on the basis of a Monte Carlo simulation, in the design study on the Positron Factory. We produced
multi-channel moderator assemblies and demonstrated the feasibility by an experiment.

原研におけるポジ卜ロンファクトリ一計画の検討 （VIII)- 電子リニアックを用いた多チャンネル単色曝電子ビーム同時取り出し ­れ はじめにリーを配置したとしても、陽電子ビームの発散のた

日本原子力研究所（原 研 ）高崎研究所では、高出
力 電 子 リ ニ ア ッ ク （100MeV, 1 00 kW 級 ）を用いめに、後 段 の （すなわちコンバータから離れた） ア
センブリ一からはごく僅かの低速陽電子しか得られて 高 強 度 （1 0 1 0 個 / 秒以上）のエネルギー可変ないだろうと思われてきた。

低速（単色）陽電子ビームを発生させ、材 料 • バイ

そこで、低速隆電子生成のもう一つの可能性とし才研究に応用するとともに、基礎物理学•化学へのて、光子がモデレータ中で対生成を起こし低速陽電反粒子ビ_ム利用という新領域の開拓を目指したポ子生成に至る過程の効果がどの程度あるかを見積もジ卜ロンファクトリ一計画 1) か-検討され、設計研るために、図 1 の配置を仮定し、 EGS4-SPGを用い究が進められてきた。
電子リニアックを用いた単色隔電子ビームの発生て次の手順によリ計算を行つた。
低速K爾子引き出し方向

では、従来、 1 台のリニアックの運転で同時に供給できる単色陽電子ビームは 1 本だけであった。我々は、上記設計研究の中で、 コンバー夕での陽電子や光子の発生から、 モデレ一夕での低速陽電子生成まで を 3 次元的に追跡できる モ ン テ カル□計算シス テ
厶E G S 4 -S P G 2 ) を開発し、 その計算結果に基づき、 図 1 に示すような複数のモデレータアセンブ
リーによる多チャンネル低速陽電子ビーム同時取リタングステン范（5 Ommx 5 0 mmx 2 5 pm1 )出しの可能性を示唆してきた。

x 10枚 （箔 間 ：8mm)( コンパ一夕 • モデレータ間、各 ア セ ン ブ リ 一 間 ：27_7mm)

本稿では、実傺に電子リニアックを用いた実験によリ本方式の実用性を実証したので、その結果について報告する。

2. 針算による予测
元来モデレータは、その名の示すとおリ、主として コ ン バ 一夕で発生する高エネルギー陽電子を減速

図 1

多 チ ャ ン ネ ノ レ 単 色 陽 電 子 ビ ー ム 同 時 取 り 出 し 方式の概念と計算に用いたディメンジョン

1)i00Me V の電子が入射した場合に コ ン バ ー タ から放出される陽電子および光子のエネルギー•角度分布を求める。

させ低速陽電子に変換する役割を持つものと考えら

2> コ ン バ ー 夕位置から種々の エ ネ ル ギ ー と 角度でれ て き た 。そ の た め 、 複数のモデレータアセンブ

陽電子および光子を放射した場合の各モデレータ

アセンブリ一からの低速播電子生成率を求める。

W( Imm^)^ W ( 2 5 Mm1)

3 ) 上 記 2 者 を 掛 け 合 わ せ 、オーバ一才一ルの低速陽電子収率（低速陲電子数 / 入 射 電 子 数 )に 対 する陽電子と光子の寄与分をそれぞれ求める。
以上の計算結果を図 2 に示す。 これによれば、高エネルギー陽電子が低速陽電子に変換することによる収率への寄与は、確 か に 後 段 の （第 2 、第 3 の）モ デ レ ー タ ア セ ン ブ リーになるほど大幅に低下する。 しかし光子の寄与は、前段のアセンブリーに比ベて、せ い ぜ い 1 桁程度ずつしか低下しないことがわかった。
腿陽電子収率( _ 陽電子数/ 入機子数）

1?

1?11?1」?r ，- .^1

1?11?1

第1ア
セン
ブリー

I----- L闕子の寄与

第2アセン
ブリーじ」ニニ:]賜電子の寄与■ ■ 光子の寄与

第3ア
セン
ブリー
図2光子の寄与1

図31腰電子の寄与_■ ■ ■ !光子の寄与

多チヤンネルのモデレータアセンブリーからの低速 陽 電 子 収 率 に 対 す る e g s ‘ sp g を用し、た 計算 結 果多チヤンネル単色陽電子ビーム同時取り出し方式
実 証 試 験 に 用 い た 2 チヤンネルモデレータアセン
ブリーる低速隔電子収率を相対的に比較することが目的であるので、引き出した低速陽電子ビームは同一のソレノイド磁場輸送ラインで輸送し、 マイク□チャン
ネ ル プ レ ー ト (M C P ) による観測を行った。
輸送ラインの集束磁場を強くじて 2 チャンネルからの低速陽電子ビームを観測した M CP像 を 図 4 に示 す 。集 束 磁 場 を 弱 く し ビ ー ム を 広 げ て M CP 像を観測すると、モデレ一夕箔の餍間に相当する縞が弁3 . 実 CE試験上の結論を実証するため、大阪大学産業科学研究別できる。 この縞の数をかぞえることによリ像の各部分か♦、 どちらのチャンネルからの低速陽電子によ所放射線実験所の S バンド電子リニアックを用いて実験を行った。実験に用いたコンバータおよびモデレ一夕の形状と配置を図 3 に示す。 モデレータアセ
ンブリ一 は 20 mm x 100mm x2 5 pmt の 夕 ングス
テ ン 箔 を 3 段 並 べ た も の を 1 層 とし、 10mm の間隔をおき全部で 1 8 層配置した。 こ のうち 9 餍ずつからの低速陽電子を別々のチャンネルとして引き出すため、 タングステンメッシュのグリッドを 2 連配置した。グリッドとタングステン箔、 および各段の箔 と 箔 と の 間 に は そ れ ぞ れ 5 0 0V の電位差を持たせ、 タングステン箔の層間から低速陽電子をグリッド方向に引き出すための電場勾配をつくった。
電 子 ビ ー ム の エ ネ ル ギ ー は 約 100MeV、電流は約3 5 OmA/pulse 、 パ ル ス 幅は約 2 ms、繰リ返しは10pps でリニアックを運転した。
コン バ ー タ に 近 い チ ャ ン ネ ル （第 1 チ ャ ン ネ ル ）と 遠く離れたチャンネル （第 2 チャンネル） におけ^ — ——- - 約 2 0 mm
図4■
一一 ----- フ，

2 チャンネルのモデレータアセンブリーから取り出 し た 低 速 陽 電 子 ビ ー ム の MCPに よ る 観 測 像

るものであるかがわかる。 このようにして各チャンy のウェイ卜を占めるためである。 モデレータ箔をネルからの低速播電子ビー厶強度を M CP像から解もっとコンバー夕に密着させることができるような祈した結果を図 5 に示す。

設計にした場合には、 コンバー夕からの比較的エネ1チャンネル目からルギ 一 の 低 い 播 電 子 を 有 効 に 利 用 す る た め 、 コン
バー夕に近いモデレータ范は薄 t 、ものを用いた方が効 率 が よ い か も し れ な い 。 このような場合も含めて、 さらに効率のよい構造を今後検討していく。

4•おわリに
隈電子ビーム利用は新しい研究分野であリ、未知の利用手法が開拓されていく可能性が十分ある 。 1台のリニアックの運転で、高強度単色陽電子ビームの本格的利用を行うと同時に、多少ビーム強度は低< ても、比較的自由度のあるビームタイムの割 y 振
y で 、ものになるかどうかわからないがとにかくやってみたいといったような萌芽的研究の予備実験か♦並行して進められるようなシステムをつくるために、多チャンネル単色播電子ビーム同時取り出しは
図5

低速陽電子ビーム強度解析像とピークの帰属最も大きいピークは第 1 チャンネルからの低速 _電子ビームによるものであリ、そ れ よ y 約 1 桁近く強度が小さいピークは第 2 チャンネルからのものである。第 3 の小さなピークは、図 3 に示すようにモデレ一夕アセンブリ一の最後段に厚さ 1 mmの夕ングステン板を置いたため、陽電子の後方散乱と光子による対生成の寄与があったためと考えられる。 このことは、 コンバータからの陽電子および光子は 2つのチャンネルのモデレータアセンブリ一を透過してもなお低速陽電子生成に寄与する余力を残していることを意味するとともに、 アセンブリーの最終段には重金属の厚い板を置く のが有効であることを示唆している。
以上から、計算結果と同様、後段のモデレータアセンブリーからも、前段に比べてせいぜい 1 桁程度しか強度が低下しな t 、低速陽電子ビームか♦得られることがあきらかになったので、多チャンネル低速陽電子ビーム同時取 y 出し方式の実用性は実証されたものと考えられる。
本 実 験 に は 、すべて 25 pm 厚さのモデレータ箔
を用いたが、前段にはもっと薄い箔を配置した方が低速陽電子収率が向上するのではないかと予測し計算を行った。 しかし、図 3 のような配置を考えるかぎリ、薄い箔を用いるメリッ卜はないという結果が得られた。 これは、光子による対生成の寄与がかな有効なものとなるであろう。
本実験は大阪大学産業科学研究所放射線実験所との協力研究によリ行ったものである。実験に際しては田川精一、誉田義英各氏はじめ多くの方々の全面的な協 力 を い た だ い た 。 ここに感謝の意を表します。
文獻1 ) S.Okada and H.Sunaga: Nucl. Instr. and Meth.
656/57(1991)604-609
2) S.Okada and H.Kaneko: Appl. Surface Science
85(1995)149-153