STATUS REPORT OF LINAC/LASER FACILITY OF
UNIVERSITY OF TOKYO- FORWARD FROM RECOVER TO UPGRADEYoshihisa Nakazono #,A), Mitsuru Uesaka A), Kazuyoshi Koyama A), Toru Ueda A), Katsuhiro Dobashi A), Takeshi
Fujiwara A), Jin Ming A), Aimieding Aimidula A),B)
Eiji Tanabe , Naoki Nakamura B), Masashi Yamamoto B), Joichi Kusano B)
A) Nuclear Professional School, The University of Tokyo
2-22 Shirakata-shirane, Tokai, Naka, Ibaraki, JapanB) Accuthera Inc., 2-7-6, Kurigi, Asao, Kawasaki, Kanagawa, 215-0033, JapanAbstract
We have almost recovered from the damages due to the earthquake and we are starting new projects at thelinac/laser facility of Nuclear Professional School, University of Tokyo. We have restarted the open use of the facility
from this April. We are still recovering our own device to produce multi-Alkali photocathode of Na5KNb undercollaboration with JAEA. X-band (11.424GHz) 30 MeV linac for Compton scattering monochromatic X-ray source isstill under repair. New fiber laser oscillator and regenerative amplifier are going to be installed for the laser driverof the photocathode RF gun and light source of the pump&probe analysis. Development of portable X-band (9.3GHz)
950 keV linac and 3.95/6 MeV linacs have been almost completed and they have been commissioned for theapplications. Transmission nondestructive test of thermal-shielded-pipe used at petrochemical complex and PC (Prestressed Concrete) for bridges are under way by the 950 keV and 3.95 MeV linacs, respectively. Especially, the 950
keV system was used on-site for the first time. As for 12 TW 50 fs laser, we moved it to KEK for wider open uses.
Furthermore, an new on-chip photonic crystal electron linac and a new fiber laser driver for nano-mm-size andattosecconds beam ssource for advanced radiation biology sre under design and developmeent .

東大ライナック・レーザー施設報告－復旧から復興へ－
表 1.東大原子力専攻ライナック共同利用テーマ一覧

１. はじめに

テーマ番号
東京大学大学院工学系研究科原子力専攻は東北・太平洋沖地震で,ライナック・ブランケッ
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ト・重照射施設含め、甚大な被害を受けた。特
24L-02に重照射施設の 2 台のイオン加速器本体に大き24L-03
な被害(バンデグラフ加速管の変形、タンデトロ
24L-04ンの加速管の破壊、放射線遮蔽扉 2 つの破壊)が出ている。また、ライナック・ブランケットで
24L-05は加速器・顕微鏡等大型装置の被害は甚大でな
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いが、計器類多数転倒破壊、放射線遮蔽扉の異24L-07常など生じた。ライナック・レーザー施設は、
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幸い本体の被害は甚大でなく、平成 23 年 9 月の学内・大学連携実験演習を不充分な状態ながら、 24L-09
予定通り実施した。さらに平成 24 年 4 月から共24L-10
同利用を再開できたことは、喜ばしい限りであ
24L-11る。共同利用テーマ一覧を表 1 に示す。
24L-1224L-13

２. Ｓバンドツインライナック
文科省量子ビーム基盤技術開発プログラムにて、光陰極を交換可能なカートリッジ型可視光対応のNa2KSb を開発・利用している。量子効率低下が紫外領域のそれに比べて大きく実用的レベルを目指す

テーマ名
水溶液の放射線効果の研究

研究テーマ
代表者

実 験参加代
表者

勝村庸介

勝村庸介

パルス＆プローブ法を用いる超高速反応の研究

勝村庸介

勝村庸介

高速応答シンチレータの開発と性能評価

浅井圭介

浅井圭介

勝村庸介

勝村庸介

大熊春夫

大熊春夫

上坂 充

小山和義

高温・超臨界溶媒の放射線化学
フォトカソード RF 電子銃の高性能化レーザープラズママルチビーム研究
X バンド加速器の応用研究

上坂 充

上坂 充

不定比金属組成を制御した銅酸化物
超伝導体のピンニング特性に及ぼす

寺井隆幸

下山淳一

パルスラジオリシス法による金属タンパク質の電子移動反応の研究

高妻孝光

高妻孝光

青木茂樹

高橋 覚

田口光正

山下真一

平出哲也

平出哲也

上坂 充

上坂 充

エマルジョンガンマ線望遠鏡のエネル
ギー分解能測定照射によるゲル化およびゲル中での照射効果の研究
パルス X 線発生を利用した陽電子消滅法の研究
フェムト秒ライナックのためのマシンスタディために、日本原子力研究開発機構と共同で、アンチモンベース陰極製膜用 MBE 装置を用い陰極劣化のメカニズム検討を行っている。Na2KSb フォトカソード
表面についてレーザー顕微鏡による観察を行い JIS-- 849 -B0601 に基づく表面粗さ分析を行い表面に深さ約 ４）第二・第三高調波発生器
20mm 程度の黒い穴が局所的に形成されていることが・第二・第三高調波発生器は、上記１）、２）、明らかになった。使用済みカートリッジ薄膜のナノインデンテーション試験を行い、Cs2Te は Na2KSb よ ３)と同じ筺体内に配置される。
SHG：390～400nm、THG260～266nm
り弾性率が小さい可能性があり Cs2Te は Na2KSb より ・発振波長>0.15mJ＠THG （1.5mJ@2psec励起時）
軟かい可能性があることがわかった。インデンテー ・出力ション試験結果より Cs2Te は表面がナノオーダーの範囲で表面粗さが大きい可能性があり、Na2KSb は使 ３. Ｘバンドライナック群用後表面粗さが増大する可能性がある。この製膜システムも地震の被害を受け、現在復旧中である。
3.1 コンプトン散乱単色 X 線源
さらに、レーザーフォトカソード RF 電子銃駆動、 震災の被害を受けたが、現在復旧である。またこポンプ＆プローブ分析光用の 0.3TW100fsTi:Sapphire 年度内に X バンド熱 RF 電子銃の位置の最適化を行
レーザーのオシレータ・再生増幅器をファイバー う予定である。
レーザーに更新することとした。以下のその仕様をこの新ファイバーレーザードライバの導入により、示す。
レーザーの小型化が進み、レーザー本体をライナッ
１）フェムト秒レーザーオシレータ
・発振形態
パルス発振
・波長780nm～790nm
・平均出力65mW 以上
・パルス幅120fsec 以下・繰返周波数119MHz
・外部の RF 信号 476MHz と同期する機構を保有し、短期タイミングジッター 200fsec 未満(0.1Hz ～500kHz)。

ク照射室の RF ガン真横に置くことができる。現状はレーザー室から 50m の窒素封じ込めレーザービー
ムラインを通して、RF ガン、分析装置にレーザー光を導いていた。このため、建家の昼夜の伸縮による電子パルスとレーザーパルスとの時間差の、ピコ秒オーダー以上の時間ドリフト、レーザースポットの位置のずれなどの安定性の問題がある。これらが解消され、より安定な高時間分解の放射線化学分析の実現が期待できる。

２）再生増幅器励起用パルスグリーンレーザー
半導体励起レーザー
・波長・平均出力・出力安定性

3.2 可搬型ライナックＸ線源群[1,2]527nm
20W 以上@1kHz
1%以下 (rms)３）再生増幅器
チタンサファイア再生増幅器
・波長780nm ～ 800nm
・バースト機能
ポッケルセルにてパルスを間引き、1ms 間隔の連続する 2 パルスを 10Hz にて取り出し可能・パルスエネルギー
3mJ 以上@1kHz
これを 2 分岐し、それぞれ下記出力が得られる。
1.5mJ 以上@ 780nm ～800nm（基本波）
150μJ 以上@ 260nm ～266nm（第三高調波）
・パルス幅～150fsec @ 780nm～800nm（基本波）
3～5psec @ 260nm～266nm（第三高調波）,
基 本 波 （ 780nm ～ 800nm ） お よ び 第 三 高 調 波（260nm～266nm）は、それぞれ独立にパルス幅を調整できる。
・出力安定性0.5%rms 以下@800nm
・空間モードTEM00 ( ガ ウ ス 分布のM2 値：1.3 以下)・消光比（メインパルス・ノイズ比） >500:1・偏光
リニア、水平・繰返し周波数1kHz

改良型 950keV Ｘバンドライナック、橋梁その場検査用 3.95MeVX バンドライナックＸ線源、ピンポ
イントＸ線動体追跡がん治療用 6MeV システムはすべて完成し、利用及び実用化が実施されている。

４. 新レーザー加速システム[3-5]
12TW50fs レーザーを今年７月にＫＥＫに移転し、共同研究を効率化し推進することとした。
一方新たな方向として、ナノメートルサイズ・アト秒電子ビーム小型加速器の開発を目指した、レーザー誘電体加速によって電子を加速するシステムを設計している。レーザー光の電場による加速では、数 100MeV/m の加速電場が可能となり，加速管長が数 mm 程度となる。ファイバーレーザーは出力の安定化と位相制御が容易であり、本研究では直径マイクロサイズ電子ビーム小型加速器のレーザー開発を最終目標に、現在チタン・サファイア TW レーザー
オシレーター用超短パルスファイバーレーザーの開発を行っている。ファイバーレーザーの利得媒質のYb は発振波長が 1064nm でチタン・サファイアの発振波長と異なるため、非線形フォトニッククリスタルファイバー(Photonic Crystal Fiber: PCF)によってスパーコンティニューム(SuperContinuum:SC)光を発生- 850 -させて波長変換を行う。ここでは Yb ファイバー
レーザー共振器，増幅器の製作と非線形 PCF によるSC 光発生に成功した。共振器と増幅器からは中心
波 長 1060nm ， パ ル ス 幅 860fs ， 繰 り 返 し 周 波 数60MHz，平均出力 6.9W のパルスが得られ、SC 光により波長をおよそ 930~1080nm まで広げることが出来た。現在はチタン・サファイアの利得波長における SC 光の位相状態の計測と光パラメトリック増幅に向けて調整を続けている。開発されたレーザーと増幅器の写真を図 1 に示す。

(a) 両側からのレーザー照射による加速定在波(b) 電子加速シミュレーション例(a) Yb ファイバーレーザー 発振器図 2. 誘電体(Dielectric;Photonic Crystal)レー
ザー加速の設計例

図 3. 先進放射線生物学用オンチップ加速器のイメージ(b) ファイバーレーザー 増幅器

謝辞

図 1. 誘電体(Dielectric;Photonic Crystal)
レーザー加速用ファイバーレーザー
また、ナノメートルサイズ・アト秒電子ビーム小型加速器では、数百 nm 程度の nm サイズビームの実現が期待され、DNA や遺伝子の狙い撃ちによる、それらの損傷と修復の研究を展開したい。設計中の誘電体（Dielectric; Photonic Crystal）加速管と電子加速シミュレーションの様子を図 2 に示す。内部構造は 1µm 以下のサイズである。将来的にはひとつのチップにレーザー以外の加速システムを微細加工して製作したい。
最後にオンチップ加速器による DNA 狙い撃ちのイメージを図 3 に示す。

本研究へ日頃からの協力いただいている、高エネル
ギー加速器研究機構吉田光宏氏、夏井拓也氏、日本原子力研究開発機構 羽島良一氏、西森信行氏、松葉俊哉氏に、に厚く感謝いたします。

参考文献[1] M.Uesaka, et al., “可搬型 950 keV/3.95 MeV X バンドライナック X 線源の現場透視検査の開始”,本プロシーディングス, WEPL06, 2012
[2] K.Dobashi, et al., “9.3GHz X バンド 3.95MeV,950keV ライナック X 線発生装置のビーム性能評価”, 本プロシーディングス, THPS129 2012
[3] K.Koyama, et al., “レーザー駆動誘電体加速器；放射線生物学研究への応用を目指して”, 本プロシーディ
ングス, FRLR16, 2012

- 851 -[4] Y.Matsumura, et al., “レーザー誘電体加速に向けたファイ バ ー レ ー ザ ー の 開 発 ”, 本 プ ロ シ ー デ ィ ン グ ス ,THPS114, 2012
[5] A. Aimierding et al., “Design of Laser Driven DielectricAccelerator for Basic Radiation Biology Researches”, 本
プロシーディングス, THPS116, 2012- 852 -