Proceedings of the 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
August 5-7, 2015, Tsuruga, Japan

PASJ2015 WEP024

新型準周期アンジュレータの開発研究
R&D FOR NEW TYPE QUASI-PERIODIC UNDULATOR
美馬初哉#, A), 宮本篤 B),*, 佐々木茂美 B)
Hatsuya Mima #, A), Atsushi MiyamotoB),*, Shigemi SasakiB)A)
Department of Physical Science, Graduate school of science, Hiroshima UniversityB)
Hiroshima Synchrotron Radiation Center,Hiroshima University

Abstract
The synchrotron radiation spectrum generated by a periodic liner undulator contains higher harmonics of integral multipleof the fundamental harmonic in the spectrum. These higher harmonics are usually an obstacle to user’s experiments.
Therefore, one has to use many optical elements such as monochromator, band-pass filter, and mirror to eliminate
unwanted higher harmonics. However, such kind of beamline setup may cause a reduction of photon beam intensity. Inorder to solve these difficulties, the quasi periodic undulator (QPU) was invented in which higher harmonics appear at
irrational positions instead of rational positions in the spectrum. A combination of a QPU and a single monochromatorcan provide highly monochromatic photon beam for end-users. Until today, QPU used in all over the world are designed
to reduce the peak magnetic field strength at certain positions representing the quasi-periodicity which introduces a small
phase advance of photon wave at every QP position in an undulator. In this study, we design a new type QPU by increasing
the magnetic field strength at every QP position to introduce a lager phase advance of the photon wave. In this paper, weintroduce a new QPU model, and compare capability of new type QPU and conventional QPU.

1.

序論

2.

各アンジュレータのパラメータ

放射光利用研究には、高調波の混じらない単色の第一に周期的な場所での磁場強度を 0.43 T に統一光を必要とする実験があるが、単色光を手に入れる し、従来型 QPU と新型 QPU、PU からの放射光スペための第一方法に光学素子による方法が考えられる。 クトルを比較する。この時、RADIA[4]を用いて Table全反射ミラーや 2 つの結晶モノクロメータを用いる 1 のアンジュレータのパラメータから磁場の計算をことで単色光を得ることができる。しかし、これら 行う。の方法では強度を犠牲にしてしまうことや配置調整
Table 1: Parameters of Undulatorが難しいといった欠点がある。この欠点を克服するために考案されたのが準周期アンジュレータである。 名称
新型 QPU 従来型 QPU PU
準周期アンジュレータは並進対称性を持たないにも2037.5
2037.52037.5かかわらず、長距離秩序を持つというユニークな性 全長[mm]質を持つ準結晶からの X 線散乱をアンジュレータの 周期長[mm]505050放射とを結び付けることで考え出された。準結晶か
NdFeB
NdFeB
NdFeB
らの回折班は等間隔には並ばない。これをアンジュ 磁石の種類
レータから放射される光に応用できると高調波は等 残留磁束密度[T]1.21.21.2間隔に現れない。準周期性をアンジュレータに反映
ギャップ[mm]20.324.524.4するために、アンジュレータ磁石の磁場を準周期位0.430.430.43置で変化させることで、電子と光の位相差に準周期 周期位置での最大磁場[T]性を持たせることができる。[1-3]このように実際に準周期位置で磁場を弱めることで準周期化したアン 準周期位置での最大磁場 0.500.355−ジュレータが世界中で使われている。しかし、同様[T]に磁場を準周期位置で強めるタイプの準周期アンギャップオフセット
500
ジュレータは考案されているものの、従来の準周期[mm]アンジュレータと性能を比較するところまで至って7.50いない。そこで、磁場を弱めるタイプの準周期アン 準周期位置のギャップオ 0ジュレータと新型準周期アンジュレータからのスペ フセット[mm]クトル比較を行った。また、2 次元の格子空間から投影法を用いて準周期を作成し、その格子空間にフーリエ変換を施すことで理論強度を求めた。
___________________________________________________________________________________________________# mr.wimdow@gmail.com* present address : TOSHIBA Power System Company- 465 -

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Table 2: Parameters of Beam at HiSOR-II

Figure 1, Figure 2, Figure 3 にそれぞれのアンジュレータにおける磁場分布を示す。

Figure 1: Magnetic field distribution of new QPU.

名称値

蓄積電子のエネルギー[MeV]

700

周長[m]

147.517

エミッタンス[nm rad]8.8

エネルギー広がり5.68

電流[mA]

300

ベータトロン関数[m]

5.0

ベータトロン関数[m]5.0

ハーモニック数50

バンチ長[mm]23.99

カップリング[%]

10.0

10

スペクトル計算には計算コード SPECTRA10.0[5]を用いた。Figure 4, Figure 5, Figure 6 にそれぞれのアンジュレータ光のスペクトル分布を示す。

Figure 2: Magnetic field distribution of existing QPU.

Figure 4: Radiation spectrum of new QPU.

Figure 3: Magnetic field distribution of PU.

3.

放射光スペクトル

2 節で得られたそれぞれの磁場分布からアンジュレータ光のスペクトルを求める。この時、計算に用いたビームのパラメータを Table 2 に示す。

- 466 -Figure 5: Radiation spectrum of existing QPU.

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れの 1 次光のエネルギーを規格化して、比較しているが、実際は 1 次光のエネルギーはそれぞれ異なる値を持っている。したがって次にそれぞれのアンジュレータのギャップを変えることで、1 次光のエネルギーを 30eV に統一し比較を行う。それぞれのアンジュレータのギャップは Table 3 に示す。
Table 3: Gap of Three Different Type of Undulator

Figure 6: Radiation spectrum of PU.
新型 QPU が高エネルギー側の無理数次に高調波がシフトしていることがわかる。新型 QPU のスペクト
ルを理論計算と比較した結果を Figure 7 に示す。

Figure 7: Comparison of theoretical value and radiation
spectrum of new QPU.
Figure 7 より理論値とほぼ一致していることが見て取れる。したがって新型 QPU の設計が正しくできたと考えられる。3 種類のアンジュレータ光のスペク
トルを Figure 8 に示す。

Figure 8: Comparison spectra of three different type ofundulator.
どちらの QPU も高調波のエネルギー位置が 1 次光のエネルギーの整数倍の位置からずれていることが確認できる。従来型 QPU は低エネルギー側に高調波がシフトしており、新型 QPU は高エネルギー側に高調波がシフトしている。ここでのスペクトルはそれぞアンジュレータの種類

ギャップ (mm)新型 QPU

20.88

従来型 QPU

23.66

PU

24.07

Figure 9 に上記の条件でスペクトルを求めた結果を示す。

Figure 9: Comparison spectra of three different type of30 eV .
undulator (Figure 9 の結果から 1 次光のエネルギーで規格化したことによる影響はほとんどないことがわかる。

4.

まとめ

本論文では、2 種類の準周期アンジュレータと 1 種類の周期アンジュレータの放射光スペクトルを比較した。新型準周期アンジュレータが従来型準周期アンジュレータと同じように高調波が無理数次にずれていることが確認できた。3 次光付近のスペクトルに注目すると新型準周期アンジュレータの放射光強度が従来型と比べ、約 2 倍高強度になっていることがわかる。したがって、より明るい 3 次光付近のエネルギーの光を用いて実験をしたいユーザーにとって、従来型のものより新型の準周期アンジュレータの方が適しているといえる。

参考文献[1] S. Hshimoto, S. Sasaki, Nucl, Instr. Methods in Phys. Res. ,A361, 611, (1995).
[2] S.Sasaki, Proceedings of IPAC’10, Japan (2010).
[3] S.Sasaki, Proceedings of Particle Accelerator Society
Meeting 2009, JAEA, Japan.

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