SPring-8 Internal Report
2003-001

SPring-8 High Flux Ring 計画加速器検討書

October 29, 2003

米原

博人、伊達

伸、早乙女

光一、大島

（財）高輝度光科学研究センタ

隆、熊谷

加速器部門

教孝

Study of SPring-8 High-Flux Ring Project

October 29, 2003

Hiroto YONEHARA, Schin DATÉ, Kouichi SOUTOME,
Takashi OHSHIMA, Noritaka KUMAGAIJapan Synchrotron Radiation Research InstituteAccelerator Division

HFRproposal_V4, 03/11/06

SPring-8 High Flux Ring 計画加速器検討書
SPring-8 将来計画を検討する上で、我々は現在の加速器を設計・建設し、ビーム性能の向上を行っている立場から、加速器を中心に据え、現在の関連する分野、或いは新分野開拓を睨みながら計画を検討した。蓄積リング型放射光施設として、次世代放射光源の定義が出ないこと、現有の放射光利用実験者から放射光性能に対する根拠のある要請がないことから、加速器の性能を放射光利用研究から求めることができない。このため本計画の骨子は、本文中にも記載しているが、従来の放射光利用を主眼としていないが、本研究センタの設置来歴から、光子利用に主眼を置いた。新規利用者の拡大を目指し、外部レーザ光と蓄積電子ビームとのコンプトン散乱により得られる GeVγ線、MeVγ線及び超伝導電磁石による高エネルギー放射光を生成し、実験研究への利用と、このような光子により陽電子・中性子を生成し、利用研究に供す
る新しい蓄積リングを計画した。このような検討と並行して、10 T 超伝導電磁石を SPring-8 蓄
積リングに設置しビーム試験を行った結果を外部研究者にも公表し、得られる高エネルギー放射光の利用検討を行った。検討を通して、既存の放射光より遥に高いエネルギーを持つ光子を、従来の物性研究の延長上に置き利用研究の可能性があること、また放射光施設にとっては新分野と思われる天体核物理、原子核準位観測などへの具体的実験計画が作られるに至っている。
これらを使用した研究テーマは、別途 SPring-8 蓄積リングの専用施設設置計画趣意書の形で提案する準備を行っている最中である。趣意書の中では、既存の放射光利用者へ配慮しないと実現に困難を伴いそうであるので、非常に限定した利用方案となっているが、発展的に考えた場
合、本 HFR 計画の研究テーマとして取り上げるに値する研究的価値を持っている。
本計画のような Big Project を提案する場合、上記したような研究テーマだけではなく、もっと多くの研究テーマを持つべきである。もともと本書は、加速器側から実験研究者に環境を提示し、本来の計画提案書作成に賛同を得、利用実験の研究テーマ・研究計画を各々の物理・物性の研究者を始め、多方面にわたる分野の研究者に持ち寄ってもらうことを目的に作成した。
しかし、検討を進める上で検討内容を公式に広く周知しなくてはならない事情が生じたため、現状のまま、幾つか具体的研究テーマを挙げることができる状況になっているにも係わらず、従来のまま、内容を改訂しないで、 SPring-8 HFR 計画加速器検討書として公表する。

本文中に記載しているように、利用分野拡大を狙った本計画は 1999 年 5 月から始め、すぐに JASRI 加速器部門内で検討を行うことの了解を得ているが、準備室設立のような活動を公式に認めるような措置は未だとられていない。
SPring-8 で現有しているブースタ・シンクロトロンを、ブースタとして使用していない時間帯に利用できるように、このような計画に合わせた改造を考慮したこともあるが、既存の周長 400 m は 8 GeV 蓄積リングとするには無理があり最適設計ができないこと、規定の加速器
設備の運転時間を損なうことなく改造を施すことはほとんど不可能であること、8 GeV リング
として本格的な実験に使用するための変更は改造の域を脱しており全面的に作り変えるに等
しく、そこまでやっても最適設計ができないため 2 流の性能にしかならないと懸念されること等の理由から、新蓄積リング建設計画とした。

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HFRproposal_V4, 03/11/06

SPring-8 High Flux Ring 計画
January 5, 1999 米原
改定； January 18, 1999
Version 2; February 12, 1999.

米原、伊達、早乙女Version 3; June 03, 1999. Ver.4; 2003/05/16

1. 概論
SPring-8 将来計画に、超伝導磁場による高エネルギー放射光、レーザ電子光及び中性子・陽電子発生専用の蓄積リングを提案する。
中性子は電荷を持たないことから、放射光と比較できるプローブとなるため、相補的に実験に利用できることが必要であると聞く。このような低速中性子は、20 MeV 程度のガンマ線をターゲットに照射し、巨大共鳴核反応により得ることができる。このようなガンマ線は波長40 µm 程度のレーザを種にして、8 GeV の電子ビームに対するレーザ電子光として得られる。
SPring-8 の将来計画であるので、放射光を介在させる加速器計画とした。放射光を介在させて、陽電子、中性子を生成し、プローブとして使用することは、radiation hazard の低減、target
残留放射能レベルの抑制、target の消耗がほとんどないので長時間使用が可能、バンチ構造に基づく時間構造および時間分解能が得られることなどが利点として考えられる。さらに、入射器として現在稼働中のリナック及びシンクロトロンの電子ビームを利用することができれば、入射器の建設費用は考慮しなくてもよいことになり、既存の敷地内に立地する大きなメリットとなる。
既存の入射器で利用できる電子ビーム＊は、8 GeV まで（実用上 3 GeV 以上）の Full Energy
Injection が可能である。ビーム強度は Bunch Train に従って、最大出力電流 7.6 mA（シンクロ
トロン DCCT）まで使用できる。リナックのマクロバンチ長に応じて、~1 µs Macro Bunch
40 ns Macro Bunch

7.6

mA; N = 6.20 x 1010 (e-/s)2

mA; N = 1.63 x 1010 (e-/s)

0.725 mA; N = 5.91 x 109 (e-/s)

Single Bunch (1 pps) 1.0

9-mA; N = 8.26 x 10 (e /s)(StR. DCCT 換算 0.38 mA)(StR. DCCT 換算 0.53 mA)

Single Bunch (8 pps) テスト未完了。
各々の電子ビームをシンクロトロンから供給することができる。
＊ 陽電子ビームも使用可能な設計となってはいるが、SPring-8 蓄積リングへの入射条件と共存させるためにはかなり手をいれなくてはならないので、当面不可として議論する
SPring-8 蓄積リングは低エミッタンス化を目指しており、この方向で放射光利用実験が順調に進んでいる。このような時、レーザ電子光・超伝導ウィグラ等を附加していくことは、利用者層の拡大となり SPring-8 運営上からは望ましいことではある。しかし、従来から蓄積した

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電子ビームの低エミッタンス化を押し進めている放射光専用リングの性格からは、このような挿入光源を設置することは低エミッタンス化指向とは反しており、低エミッタンス電子ビームによる放射光を求める運転からは離れていくことになる。さらに、レーザ電子光・超伝導ウィグラによるビーム強度の減衰は、従来の放射光利用者にとってビーム寿命の減少となり、実験
上、好ましくない。充分なビーム強度とビームの減衰に留意することなく必要な光子数を得る
ために、上記蓄積リングを新たに建設する。既設シンクロトロンの 8 GeV 電子ビームを利用することを前提とすると、周長 740 m 程度となり、加速周波数は、シンクロトロン、蓄積リングと同じく、508.58 MHz を選ぶと、Harmonic No. 1,260、周回周波数 404 kHz となる。回転周期
は、2.48 µs であるから、得られるレーザ電子光、陽電子、中性子などは、最大周期間隔 2.48 µsのバーストビームとして得られる。
注； Cool down して e+, N を使用することが多く、バンチ構造による時間分割は意義をなさない。

このリングでは、低エミッタンスである必要はない。低エミッタンスである方が、発光点が局在化されることになり何かと都合はいいが、元々電子ビームのエミッタンスは、ハドロンビームに比べて小さいことから、このことが本質的な問題とはならない。このことから、
SPring-8 蓄積リングより多少多めの電子数を１バンチに入れても問題は少ないであろうから、
１バンチに 5.98 x 1010 個の電子（DCCT 3.87 mA に相当する）をいれても実用的ビーム寿命は確保されるだろう。この電子数は、SPring-8 蓄積リングでは、2 mA に相当する。最短時間間隔
はバンチ間隔で、加速周波数 508.58 MHz から決まり、1.966 ns である。この場合には、全蓄積電流値（申請）を 1 A とすると、0.79 mA/Bunch ( = 1.22 x 1010 e-/Bunch, Total; 1.55 x 1013 e-)となる。
次に、このような時間構造を持たせた、404 kHz 繰り返しバンチ状（5.98 x 1010 個）の電子から得られる陽電子、中性子数を評価する。

2. 陽電子生成
陽電子を超伝導ウィグラ(≦8 T)で得られる高エネルギー放射光(Critical Wavelength; 0.340
MeV) による対生成で得ようとする試みが SPring-8 (Ee = 8 GeV)でも検討されている。
以下、超伝導ウィグラ放射光により得られる陽電子生成量の評価を示し、その後、本加速器計
画により得られると期待される陽電子生成量について述べる。Ref.1
1) 超伝導ウィグラによる陽電子生成
超伝導ウィグラの central pole から発生する photon Flux F(ω)は、ビーム電流 100 mA 及び orbitarc 1 mrad に対して、

F [photons/s/ 0.1%BW/100 mA/mrad ]
1
0 .1
0 .1
10 − 33 e 2γ ω ∞
ω×
=
×
×
×
∫ K 5 ( x )dx3c ωc ωωh ω 100
1 .602 × 10 −19 2πc

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HFRproposal_V4, 03/11/06= 1.256 × 10 9 × γ

ω ∞∫ K ( x )dxω c ω ωc 5 3で与えられる。ωc はウィグラから放出される放射光の critical-photon frequency であり、

32ωc ≡ γ 3cρである。例えば、磁場の強さが 8 T ならωc = 0.340 [MeV]である。この式の積分形は、

 e − x ∞ − x cosh (rh ) cosh (νrh ) + ∑e∫ Kν (η )dη = h xcosh (rh )  2 r =1∞と近似できるので、h=0.5,r の次数は r=1 の時に比べて無視できる次数までとる。このようにして Photon Flux F(ω)を求めることができ、その結果を図 1 に示す。
Photon を Tungsten slab に垂直に入射し生成される陽電子数は EGS4 により評価できる。ただし、発生した陽電子を最後（slab の外）まで追うことはできないので、以下では slow positron への
変換効率κslow を slab の厚さによらず一定と仮定する。κslow は 10-4 程度の値である。この値は、β+崩壊性同位元素で生じたβ+線の slow positron への変換効率が 10-4 であることに基づいている。
陽電子の生成率は、Tungsten slab の厚さに依存しており、Photon Energy に対して図 2 に示すよ
うに変化する。
図 2 に示した陽電子生成率をκ(ω)とすると、最終的に得られる slow positron の個数 N は、
ビーム電流及び orbit arc 1 mrad 当たり、N [positrons/s/100mA/mrad ] = κ slow ∫ κ (ω )F (ω )dω
0.1ω100となる。いくつかの Tungsten slab の厚さについて右辺の被積分関数κ(ω)F(ω)/(0.1ω/100)を図 3に示す。Electron Energy; 8 GeV 〜18 GeV, Tungsten Slab の厚さについて、このようにして求めた slow positron 生成効率 N[positrons/s/100mA/mrad]を表 1 に示す。8 GeV, 100 mA, 8 T, 1 mrad では、毎秒 109 個程度の slow positron yield が期待できる。Ref.1 従って、単バンチビーム(5.98x1010
electrons; 蓄積電流換算値 3.87 mA)当たり期待できる陽電子量は、95 個、繰返周期 2.48 µs のバースト状となる。１秒間では 3.87x107 個の陽電子数となる。
ウィグラ磁場分布は、ウィグラが挿入光源であることから、最大磁場を持つ正弦波状の分布に設計する。高いエネルギーを持つ放射光を得るために最大磁場分布を広く利用するために、ビーム初期起動・調整運転終了後、ラティス偏向電磁石の一台を∫B･ds を保ったまま超伝導偏向電磁石に置き換える。例えば、偏向電磁石 64 台（現 SPring-8 Booster-Synchrotron）を用いてHFR を構成したとすると、１台当たりの偏向角は 49 mrad である。この偏向角は、当然、超伝導偏向電磁石に置き換えても保持されることになり、このうちの約 40%に当たる 20 mrad を陽電子生成に利用することができれば、上と同じ条件で、単バンチビーム（5.98x1010 electrons; 蓄

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積電流換算値 3.87 mA）当たり期待できる陽電子量は、1,900 個、繰返周期 2.48 µs のバースト状となる。１秒間では 9.76x108 個の陽電子数となる。この陽電子生成期待値は、現在 SPring-8
蓄積リングの超伝導ウィグラ放射光による生成陽電子利用計画で期待されている生成量
SPring-8 storage-ring positron 計画；8 GeV, 100 mA, 8T-SCW ; 1 mrad に匹敵している。最大蓄
積電流 1 A では、１秒間に約 200 倍の
1,900 x 200 = 3.8 x 105

e+/秒が期待できる。
開き角 20 mrad を持ち出てくる放射光は、リング本体室でターゲットに照射するとし、発光点からの距離を 10 m と仮定すると、
10 m x 20 mrad = 200 mm
200 mm 長のターゲットとなり、現実的な寸法に思える。しかも、陽電子を減速する時に、この広がりは問題ではないように思える。
陽電子減速過程により、時間構造がなまってしまい必要な時間構造がなくなるようであれば、この利点はなくなる。
偏向電磁石１台当たりの偏向角を 5 度として、常伝導電磁石 0.9T と超伝導電磁石 8T を用いた場合のビーム軌道の違いを図 4 に示す。この時発生する放射光を、ビーム軌道を直線に置いた場合にその発散方向を図 5 に示す。図 4 に示されているように、超伝導偏向電磁石の有効長が短くなることから、偏向電磁石内の磁石支持材に放射光が当たることを配慮する必要がな
さそうであることがわかる。さらに、磁石有効長がかなり短縮できることから、常伝導偏向電磁石の設置スペースに超伝導状態を作り出すための容器を含めて超伝導偏向電磁石を置き換えて設置できる可能性が高いことがわかる。図 5 中の中心軸からの距離(mm)からわかるように、
超伝導偏向電磁石直下流の Q3,Q4 電磁石のヨーク及びこれらと次の常伝導偏向電磁石に組み込む真空槽は、超伝導偏向電磁石から発生した放射光を positron 生成用ターゲットに輸送するため、考慮が必要である。この放射光対策を行うことができれば、Q2 電磁石以降は通常のヨーク、真空槽を使用する。

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3. γ線生成１） コンプトン散乱によるガンマ線発生
蓄積されている電子と外部レーザのコンプトン散乱により得られるガンマ線（レーザ電子光）のエネルギーの角度分布を求める。運動学から、レーザ電子光のエネルギーは、

k2
θ2

θ1

k1(Laser Photon)

Ee
E e’

以下の式(3-1)により求めることができる、

k2 =

k1 (1− β cos θ 1 )k (1− cos χ )1− β cos θ 2 + 1
Ee( 3 −1)

ここで

β =

ve
c

χ = θ 2 −θ1
電子とレーザの入射角は、ちょうど正反対向き、つまり Head-on Collision の場合のみ考えることにすると、

θ1 = πとなる。入力レーザの波長を λ (nm)とすると、このレーザ光子のエネルギーk1 は、

k 1 ( eV ) =1, 239 . 84244
λ ( nm )(3 − 2 )と表わせる。MeV 光子発生に使用できそうなレーザを表 2 に示す。例えば、CO2 Laser 10.6 µmの Photon Energy は、

k 1(eV) =1, 239 . 842
1, 239 . 842== 0 . 116966 ( eV )λ (nm )
10 . 6 × 10 3

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HFRproposal_V4, 03/11/06と求められる。Head-on Collision (θ1 = π ) に限定したことにより、

k2 =

=

k1 (1 − β cos π )k {1 − β cos(θ 2 − π )}1 − β cosθ 2 + 1
Eek1 (1 + β )k (1 + cos θ 2 )1 − β cos θ 2 + 1
Ee

さらに、装置の配置から考えると小さな反跳角のレーザ電子光のみ使用できることを加えると、

cos θ 2 = 1 − 12 θ 2
1− β 2 =

1

γ

2

2

∴

(1 + β )(1 − β ) = 12
γ

β ≅1
従って、

1− β =

12γ 2と近似すると、(3-1)式は、

k2 =4γ 2 k1
4γk1
2
1++ γ 2θ 22
m ec(3 − 3)となる。ここで、Ee は蓄積されている電子のもつエネルギー、me は電子の静止質量であり、

γ=

Ee
mec2

と表わせる。SPring-8 を電子ビーム源と考えると、Ee = 8 GeV であるから、

γ = 8,000 0.510999 = 15656.6である。これらの値を(3-3)式に代入し、レーザ電子光の反跳角 θ2 に対する光子エネルギーを求めた。図 6 参照。同様にして、レーザ波長 200 nm のレーザ電子光エネルギーの角度依存性を求めると、図 7 のようになる。

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コンプトン散乱の微分断面積は、

k2



3σ o
1
t
d 3σ

x+
(
)
,
=
F
x
y
d
−
y
3
2
2
2
2


π mec x
d k'
mec



(

)

(

)

(3 − 4 )σ0 ; Thomson Scatt. Cross Section = 8 π re2 / 3 = 0.665 246 barn
ここで、

(

)

(

)

x = 2γr r
k1
k1(1 − β cos θ 1 )1−βe ⋅ e k 1 = 2γ
2
mec
mec 2

y = 2γr r
k2
k2(1 − β cos θ 2 )1−βe ⋅ ek2 = 2γ
2me cme c 2
2

1 1
1 1
x
y
F ( x , y ) =  −  +  −  + 14  + 
x y
x y
 y x
この式を実験室系で、拡き角 θ2 のコーンの積分形に直すと、

dσ
3σ 0 y (θ 2 )= 2 ∫ dyF (x, y )∫ dΩk 2
x
0
dΩk 2
x

θ2

1+ x




x  xx   x 
 1 +  2 1 +  1 + (1 − ξ )
 − ln 1 + x 
2   2  2   2





  x 3 
(1 + x )[1 + x(1 − ξ )]1 + x(1 − ξ )   
 2  


3σ
1
1+ x

= 0 + ln
4  x 1 + x(1 − ξ )




 x
3
 

(
)
(
)
1
3
1
1
x
ξ
x
ξ
−
+
−
+
 

2
 

ξ
2




+


−
1 + x(1 − ξ ) (1 + x )[1 + x(1 − ξ )]  1 + x




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この式により、拡り角 θ2 のコーン内に放出されるγ線発生の反応断面積を、レーザ波長が、10.6µm, 200 nm の各々の場合について、図 8 と図 9 に示す。0 mrad に放出されたγ線のエネル
ギーは、各々113 MeV, 3.45 GeV となる。外部レーザ（波長；200 nm）を用いて、3.4 GeV までのレーザ電子光が得られる。SPring-8 蓄積リングのレーザ電子光計画と同じであるが、低エミッタンス放射光の利用者はいないため、蓄積電流値のビーム寿命時間をあまり気にする必要がないので、レーザと蓄積電子ビームとのマッチングを最大限にとれる。電子ビームの減少が問題となるならば、Top-Up Operation を実現すれば良い。
MeV ガンマ線を広い範囲で得るためには、外部レーザの波長範囲を広げることが必要であり、数 MeV 光子は、図 10 に示すように、1,000 GHz 程度の外部光源が必要となる。このような低い方の数 MeV 光子を得ることは、入射光子源の開発が必要なこと、及びビームダクトへの導入に検討が必要なことなどから、超伝導電磁石による高エネルギー放射光が有利であるよ
うに思える。
＊ 逆コンプトン散乱によるγ線を利用し、核内構造の研究が SPring-8 で行われている(LEP)。
しかし、通常の放射光利用者が主である為、蓄積電子ビームの損失が目立って大きくならないように留意する必要がある。本計画では、ビーム損失は追加入射（Top Up Operation）
を行うことで蓄積電子ビーム量を確保することを前提にすることにより、実験に使用できるγ線量を大幅に増やすことが可能となる。
＊ GeVγ線を得る場合の入射光子エネルギーと逆コンプトン光子エネルギーの関係を図 11に示す。この図で明らかなように、蓄積電子エネルギーに匹敵する逆コンプトン光子エネ
ルギーを求めるためには、比較的光子エネルギーの低いアンデュレータ光に相当する入射光子が必要である。もちろん、図 12 に示すように、分布のエッジに立つピーク幅は入射光
子エネルギーが高いほどシャープになるが、強度及びタギングによるエネルギー補正により、エネルギーの低い入射光子で強度を稼ぐことで、分布の幅は広いが強度が稼ぐ方向も
ある。

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4. 中性子生成
1)Giant Resonance による Photoneutron 生成
ここでは、Giant Resonance 反応による Photoneutron 発生を考えており、レーザ波長 10.6 µmの場合が対象となる。113 MeV は Giant Resonance の最大エネルギーより高いが、ターゲットの厚さを厚くしておくことで減衰し、181Ta の場合では、最大エネルギー25.2 MeV から最小エネ
ルギー7.5 MeV までを Photoneutron 発生に寄与できる。かように考え、反応の最大エネルギーまでの角度広がりで反応断面積を求めると、0.589 barn が得られる。最大値はトムソン散乱断
面積 σ0 = 0.665 barn であるので、反応断面積はかなり最大値に近い値となっており、この点での改善は望めない。
ターゲット核を 181Ta に選ぶと、表 3 から、Giant Resonance のガンマ線エネルギーに対する反応断面積は、

σ (E ) =σm( 4 − 1)(E − E )
1+

2 2

2

m

E 2Γ 2(4-1)式により図 13 のように求められる。この反応の Integrated Cross Section of Photoneutron
yield は、表 3 からガンマ線を最大エネルギー25.2 MeV から最小エネルギー7.5 MeV までター
ゲット内で消費した時の値として得られ、

σ int (γ , Sn ) = σ int (γ ,1n ) + σ int (γ , 2 n ) + σ int (γ ,3 n ) = 2 ,180 + 790 × 2 + 13 × 3= 3,799 MeV ⋅ mb
である。Photon mass attenuation length λ は、

λ =

1
µ 
 ρ



µ ; mass attenuation coefficientρ ; densityと書ける。Ref. 2 1 MeV の値を使うと、λ 〜 15 gr/cm2、密度は理科年表から、ρ = 16.6 gr/cm3 が得られるので、有効なターゲット厚を 1 attenuation length にとると、

I = I 0e

− tρ

λ

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から、t = 0.90 cm となる。アボガドロ数

N A = 6.022 × 10 23 particles/ mol
は、181 gr となるので、単位平方センチメータあたりの個数 Ntarget は、()

16.6gr/cm3 × 0.90cm
× 6.022×1023 = 0.50 ×1023 particles/cm2
181grと求められる。表 3 に、Resonance の断面積と Lorentz Parameters、密度を、比較的重く、加工性が容易な核種について書き記す。
コンプトン散乱をおこす外部レーザの光子密度は、長波長域 10.6 µm であることから、真空チェンバーに入射する窓によりほぼ決まり、短波長時のような絞り込みはできなく、ほぼ入射時の径で、電子との反応領域を通過するものと考えられる。入射窓の半径を 6 mm と仮定し、反応領域でもこのままであるとすると、レーザ光子密度 sνは、sν =1.602 × 10

−19

PL (W )
× k1 (eV) × π ⋅ 0.6 2 cm 2()

(4 − 2)PL ; レーザの連続出力パワー
長波長域で特異的に大出力である CO2 レーザ 10.6 µm を考えると、

k1 = 0 .116966 (eV )sν = 4 .8 × 10 19 PL (W )Giant Resonance を励起するためのガンマ線発生断面積は、拡き角 0.2 mrad のコーン内に出射されるガンマ線は全てターゲット照射できる。エネルギーが Giant Resonance のためには高すぎる部分が立体角の中心部にあるが、同様に反応すると仮定する。
電子ビーム中の電子数 Ne は、蓄積電流 I(A)の時に、反応領域を通過する個数を考えることに
なるため、

Ne =

I (A )
1 . 602 × 10 − 19

= 0 . 624 × 10 19 I (A )ビームサイズのほうが外部レーザサイズより充分小さいことが期待できるので、ほぼ 100%の電子がコンプトン散乱に寄与できる。

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従って、コンプトン散乱により得られるガンマ線数 Nγは、

 2L 
N γ = N e × sν × σ ×  c ( 4 − 3)()

 2L 
= 0.624 × 1019 I (A ) × 4.8 × 1019 PL (W ) × σ (barn )× 10 − 24 cm 2 ×  c 
L ; 反応領域の長さ 16.7 m= 3.28×107 I (A) ⋅ PL (W) ⋅ σ (0〈θ 2)(barn)

photons/sec

Photoneutron の発生量 Nphotoneutron は、

N photoneutron = σ int (γ , Sn ) ⋅ N t arg et ⋅ N γ( 4 − 4)

= σ int (γ , Sn )(barn ) ⋅ 10 −24 × 0.50 ⋅ 10 23 × 3.34 ⋅ 10 7 × I (A ) ⋅ PL (W ) ⋅ σ (0〉θ 2 )(barn )= 1.67 × 10 6 σ int (γ , Sn )(barn ) ⋅ I (A ) ⋅ PL (W ) ⋅ σ (0〉θ 2 )(barn )ここで、

σ int (γ , Sn )(barn ) = 3barn
I (A ) = 100mA = 0.1A
PL (W ) = 100 W

σ (0〉θ 2 )(barn ) = 0.6barn
従って、

N photoneutron = 2.9 × 107(4 − 5)式(2-2)で、レーザ光を反応領域で絞り込むことにより、レーザ光子密度をあげる。

12/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

レーザ光の断面半径は、反応領域中心点で最小半径ω0 に絞り込まれ、真空槽に入射される点の半径ωであるとすると、

  l ⋅ λ 2 L  
ω 2 = ω 0 1 + 
2  
  πω 0  2

( 4 − 6)

ここで、l [m]は、レーザの入射点から反応領域中心までの距離を示し、SPring-8 では、25 m である。λL はレーザの波長であり、10.6 µm である。真空槽へレーザを入射する窓は現実的には、
半径 30 mm 程度が限度であろう。（放射光用スリット、アブソーバの現在設置されているサイズは無視している。これより小さい場合には、レーザ入射用窓のさらに下流に、本装置専用の放射光用スリットあるいはアブソーバ等の設置が必要となる。）(4-6)式からωとω0 を求めることができる。反応領域に亘ってレーザはガウスビームとして振る舞うので、ωは２次曲線で表わせ、この間での平均半径<ω>を求めることができる。
< ω> (mm)；反応領域 16.7 m 間の平均半径

ω (mm)

ω0 (mm)

80

1.05

3.99

70

1.21

3.77

60

1.41

3.59

50

1.69

3.49

40

2.11

3.52

30

2.82

3.83

20

4.32

4.90

13

8.91

9.06

平均半径が最も小さくなるω = 50 mm､< ω > = 3.49 mm の配置を考えると、式(4-2)で 0.6 cm →0.35 cm と置きかえることにより、レーザ光子密度は、2.9 倍にあがるので、Photoneutron の発
生量(4-5)は、Nphotoneutron = 8.5 x 107 particles/sとなる。
レーザ電子光を用いて中性子放出共鳴核反応を利用した中性子生成には、レーザ電子光のエネ
ルギーは数 10 MeV（12 ~ 13 MeV から 25 MeV 程度）と比較的低エネルギーである。

PＬ(W)を 100 W としているが、レーザ技術の発展により、CW で 1 MW クラスが可能となっている。
これにより、Nphotoneutron の個数は、式(4-5)の 104 倍が期待できることになり、
Nphotoneutron = 2.9 x 1011となる。さらに、HFR の特徴である 1 A 蓄積電流値とすると、筆者等の評価によれば、

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HFRproposal_V4, 03/11/06

ビーム電流100 mA

1A

CO2 レーザ(10.6 µm)

100 W

1 MW

反応域長さ

10.7 mPhotoneutron 断面積

3 barn8.5x107 Neutrons/s

8.5x1012 Neutrons/sであるから、単バンチビーム(5.98x1010 electrons; 蓄積電流換算値 3.87 mA)当たり期待できる中性子数は、80.7 個、繰返周期 2.48 µs のバースト状となる。１秒間では 4.15x107 個の中性子数となる。Ref.2
覚え書き（参考）；
波長 40 µm レーザは、41.7 µm CH3OH（CO2 レーザ励起遠赤外レーザ）があるが、出力は mW
クラス（？）と低い。10.6 µm CO2 レーザ（市販品で 100 W クラス CW）を使用し、ターゲッ
トを幾分厚く用いることで可能性が高い。
中性子発生のレーザ電子光を効率良く Head-on Collision で作るためには、シードレーザの波長は極端に長く 40 ~ 50 µm が適当となる。このような長波長レーザは CO2 レーザ(10.6 µm)を特異な物質にあて２次生成として得られるため、10 mW 程度しか強度が得られない。この時のレーザ電子光は、核反応を起こすにたるエネルギーさえ持てば良く、エネルギーが揃っている必要はない。このため、反応領域の真空槽内壁を鏡面仕上げにし、内壁で反射させ、さらに、レーザを複数本使用し、反応領域内を CO2 (10.6 µm；100 W DC)レーザ光で満たす。Ref.3
電子ビームとレーザビームの角度を大きくとり、目的とするレーザ電子光のエネルギーを選択する方法が適当ではないか。
超伝導電磁石による高エネルギー放射光による 9Be ( γ, n )反応による可能性も検討すべきであ
る。

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HFRproposal_V4, 03/11/06

ラティス検討1999/1/21 早乙女リニアオプティクスの検討途中であるが、経過をまとめておく。
現在考えているラティスの主なパラメータや特徴などは、以下の通りである：
・ DBA ラティス（図 14 参照）
・ 周長： L = 594.1856 m《＊RF 設置などから、短くても 740 m 必要。図 15 参照》

・ エネルギー： 8 GeV・ エミッタンス：20 nmrad 程度・ harmonic number：h = 1,008=24×32×7(fRF = 508.58 MHz)・ セル数：40（うちノーマルセル 36、直線セル 4）
直線セルは、ノーマルセルから偏向電磁石を除き（missing-B）、四極電磁石を微調整することで作る。
・ RF cavity や超伝導ウィグラなどは直線セルの missing-B 部に設置する。直線セルが不足する場合は追加する。Missing-B 部のβx は DBA ラティスの性格上小さいから、
coupled-bunch instability を抑制し、ウィグラによるラティスの乱れを最小限に抑える、といった目的にも合致する。Instability 抑制の観点からは、βy も小さくすることが好ま
しいが、そのためには四極電磁石の追加が必要と思われる。
・ SPring-8 蓄積リングにあるような、挿入光源設置専用の直線部は作らない。
・ 偏向電磁石は合計 72 台必要で、1 台当たりの曲げ角は、θB = 360 [deg]/ 72 = 5 [deg]となる。また、磁場の強さをB = 0.9 T 程度とすると、その長さは LB = (Bρ)θB/B = 2.6 mとなる。
・ 電磁石の配置は、まだ最適化していない。
（仮に置いてみただけ。
）四極電磁石がやや強いようなので、これを弱くする配置を探す必要がある。現状では、SPring-8 蓄積リングの実績から、四極電磁石の強さの上限を 18 T / m とした。また、このときの配置は図 16 のようになる。
Q1：40 台、Q2：80 台、Q3：80 台、Q4：40 台・ Q4 は二つに割って、間にクロマティシティ補正用六極電磁石を挿入する方がよいかもしれない。ただし、クロマティシティ補正はまだ検討していない。ステアリング電磁石の設置スペースも考慮する必要がある。
・ ダイナミック・アパーチャが小さい恐れがあるので、ハーモニック六極電磁石の検討も必要と思われる。
・ 熱負荷、インピーダンスの検討が重要である。
補足：
・ 加速器研究用のオプションとして、”isochronous” または “negative momentumcompaction factor” モードでの運転も可能である。将来、偏向電磁石を通常のものから
超伝導電磁石に置き換えるとすると、電磁石の長さは短くなるから、あいたスペースに higher-multipole magnet を 追 加 で き る 。 こ れ に よ り 、 例 え ば 高 次 の 項 ま で

15/62

HFRproposal_V4, 03/11/06“isochronous” 性を追求する、ということが可能になるかもしれない。
・

TBA ラティスも検討したが、以下の理由で採用しなかった。
超低エミッタンスを追求する必要がない。
ラティスの構造が複雑になり、周長が長くなりがちである。
アーク部でβx, βy を抑えようとすると、セル当たりの Q の個数が増える。

・

FODO ラティスは、以下の理由で採用しなかった。
エミッタンスを 100 nmrad 以下にしたい。
リングの対称性がこわれる。
Cavity 設置場所のβx, βy を同時に抑えようとすると、

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HFRproposal_V4, 03/11/06

HFR RF Power Estimation
February 17, ’99
改訂: Feb.23, ’99

HFR 計画を早期に実現する計画案を作成することが急務と考えているので、加速器要素技
術開発を必要最小限とし、既存の技術で可能な範囲でデザインを行う。また、入射器は現在稼動しているブースタ・シンクロトロンを使用する関係で、加速周波数も同様の 508.58 MHz, 1.2
MWmax クライストロン（東芝製）を前提としている。
問題になる RF 源が、超伝導空胴用に別途開発され、また RF カプラ（現在使用中のものは最大定格 300 kW）も同様に強化、あるいは新規開発などがあれば、当然事情は変わってくる。
さらに、HFR ラティス評価は始まったばかりで、RF 部も、標準ラティスの偏向電磁石を除き若干の変更を加える程度にしか検討が進んでいない。特別な RF 部を作らないことから１RF ユニットとしては偏向電磁石 1 台分+α程度とする。このような前提のもとに以下、高周波加速系
高周波パワーの評価をする。
蓄積電流値が多くなると空胴内での損失（壁電流等）より放射光で失うエネルギー損失が主となる。これらのエネルギー損失分は空胴でエネルギーを補うことになる。この時、超伝導空胴であろうと常伝導空胴であろうと、ビームに与えるために必要なエネルギーは変わらない。ここで、常伝導タイプの例として、現在（というより近い将来、挿入光源が全稼動状態になった
時の RF パワー評価）の SPring-8 蓄積リングにおける状況を示す。以下、SPring-8 RF について、｢蓄積リング高周波加速空胴関連長期計画案｣を参考にした。Ref. 4
偏向電磁石によるビームエネルギー損失 ;9.2 MeV

アンデュレータ 0.1MeV-max x 38 本;

3.8 MeV

ウィグラ(for positron production)

;

1

MeV

-------------------------------------------------------------------------------------------全ビームエネルギー損失

; 14

MeV

この損失を補うための高周波電圧を 20MV に設定する。現在使用している空胴のシャントイン
ピーダンスは 6MΩなので、リング空胴全体のシャントインピーダンスは、
Rsh = 6 MΩ×32 台＝192 MΩとなる。空胴内での壁損失は、
Wloss=Vc2 / Rsh= 2.08 MWとなる。ビームエネルギー損失は 14 MeV なので、クライストロン出力 Pg(MW)と蓄積電流 I(A)との関係は、
Pg = (14×I) + 2.08 (MW)と表せるから、SPring-8 蓄積リングでは、最大蓄積電流値は 100 mA より、Pg = 3.5 MW となる。
RF station はリング全周にわたり４個所設置されているので、1 RF station あたり 0.9 MW となる。この時、空胴は 1 station あたり 8 台使用しているので、空胴 1 台あたりの入力パワーは 113

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HFRproposal_V4, 03/11/06

kW となる。
以上が、現在高周波加速系を評価する時に前提としている根拠である。これと同様な条件でHFR(蓄積電流 1 A)の場合を評価すると、600 m 程度の周長で偏向電磁石によるビームエネルギ
ー損失は、12.3 MeV となる。さらに、超伝導ウィグラの挿入による損失分を約 1 MeV とする。
これにより、
全ビームエネルギー損失は、13.3 MeVと見積もることができる。α = 4.4×10-4 のとき量子寿命 20 時間を得るために必要な over voltage
ratio は 1.12 となる。従って、空胴の電圧は13.3×1.12 = 15 MV必要となる。空胴の台数を 32 台とすると 1 台でつくる電圧は 0.47 MV となる。空胴のインピーダンスを 5MΩとすると、壁損失は、
Wloss = Vc2 / Rsh = 44 kWとなるので、クライストロン出力 Pg (MW)と蓄積電流 I (A)との関係は、
Pg = ( 13.3 × I ) + 1.41

(MW)となる。ここまでの RF 事情は、現在（近い将来）の SPring-8 蓄積リングの RF 事情と大差ないように見えるが、問題は、蓄積電流値が、10 倍の 1 A としていることにより、Pg = 14.7 MWと見積もれることある。上記前提条件に示したように、1RF ユニットの占めることのできるビーム進行方向の長さは、偏向電磁石 1 台分+ αとしているので、2.8 m 程度となる。（配置案 Fig.17
参照）ここに既存の空胴を入れると、4 台が限度となる。この空胴 4 台にクライストロン 1 台
でパワーを供給する。ここで、0 A、0.2A、1A 電流蓄積時に必要な空胴のパワーをまとめてお
くと、
0

A;

1.41 MW /32 台 =44 kW / 1 台

0.2 A;

4.07 MW / 32 台 =127 kW / 1 台

1.0 A;

14.7 MW / 32 台 = 460 kW / 1 台

蓄積電流 1 A の場合には、単セル-Bell Shape 空胴 64 台を設置すれば、1 台に投入する電力は220 kW に抑えられる。ただし、ビームがダンプしたときに、空胴に投入される電力及び空胴
入力電力が遮断されたときに空胴から反射される電力についての検討が必要である。また、当然だが、HOM についても検討が必要である。
ここで超伝導空胴を適用した場合を考える。当然、壁電流などによる損失は無視してよい。しかし、ビームエネルギー損失分の 13.3 MW はこのまま残る。それでは、超伝導空胴は同じ条件のスペースに何台設置できるか考えると、1 台で約 3 m 程度のスペースを必要としているので、1 台分しか設置できない。前提条件で述べたように、RF 源に現在使用しているクライストロン
をそのまま使用することとすると、クライストロンの定格から 1 MW 程度のパワーしか供給できない。多分、超伝導空胴自身にはもっとパワーを入力することが可能であると考えられるが、クライストロン RF 源の定格で抑さえられることになる。入力カプラは現在の使用例では最大300 kW とされているが、入力方法、絶縁物位置などの変更により、これでは制約されないも

18/62

HFRproposal_V4, 03/11/06のと考えている。従って、超伝導空胴を使用した場合には、設置場所、台数が、600 kW / 1,000
kW = 60 %程度に抑えられることになる。もちろん、たくさんの空胴を使用するため、空胴のQ 値が高いことが、ビーム不安定性を避ける、という大きな利点を持つが、超伝導に対する難易性、初期建設期の長期化・コストアップ、安定運転への不確かさ、コミッショニング時操作の非定常運転への即応性・柔軟性の不安などの難点もある。
このような点から設計・建設からビーム運転までを最短で結ぶためには、最初からなにがなんでも 1 A でなくてはならないということはないので、当初は常伝導空胴で 200 mA 施設検査許可を目指す（第１ステップ）。放射線発生装置施設検査では検査時の電流値は定格の 20 %程度必要であるといわれているので、40 mA を検査対応電流値として 200 mA 使用検査を通し、同電流値で利用実験およびマシンスタディを実施しながら、一方では超伝導空胴の製作・実用試
験を実施し、直線部に追加・増強していき、電流値を増加・蓄積していく。
超伝導空胴は 1 台 1.5 MV 程度の加速電圧が得られるので、HFR 全体で 10 台程度の空胴で必
要な加速電圧が得られることになるが、入力カプラ 300 kW を制約条件にとると、14.7 MW / 0.3 MW = 49 台となり、常伝導空胴 64 台に比べて、台数のメリットは小さい。
以下に、この時の RF 事情を評価する。
①

空胴は N 台使用する。クライストロンは、N / 4 台使用することになる。

②

蓄積電流値は 200 mA とする。

ビーム電流を I (A)とすると、クライストロン出力 Pg (MW)は、
Pg =(13.3×I) + 1.41

(MW)となる。第１ステップで目標とする電流値 I = 0.2 A とすると、
I = 0.2 A①空胴；4 台×8 = 32 台では、1 台当たりの壁損失は 44 kW となり、全体の高周波電力はPg = 4.07 (MW)
クライストロンは全部で 8 本使用することになるので、クライストロン１台当たりの出力は、508 kW となり、かなり余裕がある。クライストロンが１本故障しても、１本当たり 581 kW となり、余裕のある設計である。
②空胴；4 台×7= 28 台では、1 台当たりの壁損失は 57 kW となり、全体の高周波電力はPg = 4.27 (MW)となり 610 kW/１クライストロンであり、クライストロンが１本故障しても、１本当たり
712 kW となり、現実的な設計である。
③空胴；4 台×6 = 24 台では、1 台当たりの壁損失は 78 kW となり、全体の高周波電力はPg = 4.54 (MW)となり、757 kW / 1 クライストロンとなり、クライストロンが１本故障すると、１本当たり 908 kW となり厳しい設計となる。
従って、第１ステップでは、当初からクライストロン 7〜8 本、空胴 28〜32 台使用して実施する。
第１ステップでは最終的に 200 mA 蓄積を、超伝導空胴を追加・増強しながら、達成し、1 A対応の施設検査に結び付ける（第２ステップ）
。

19/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

空胴の台数が非常に多くなり、既存の単セル-Bell Shape 型空胴では、不都合がでると考えられる。そこで、KEKB で使用されている ARES 空胴、超伝導空胴を併用し、HFR 高周波加速を行うための評価を行う。
I = 0.2 A
単セル-Bell Shape 型空胴を使用した場合、空胴 1 台当たりの入力パワーを 130 kW として
空胴台数 32 台、クライストロンを 8 本使用する設計とした。ARES 空胴は、1 台で約 2 台分のパワーを供給することが必要である。Stored Cavity が大きく、高次モード吸収体があるため、
軸方向 1,190 mm と制約が大きく、偏向電磁石 2,600 mm の空間に最大でも 2 台しか入らない。
これは単セル空胴 4 台を ARES 空胴 2 台で置き換える格好となり、パワー的にもほぼ同等である。従って、ARES 空胴 2 台をクライストロン 1 台で運転し、１セル当たり、ARES 空胴 4 台、クライストロン 2 本として、全体で加速セルは 4 セル、ARES 空胴 16 台、クライストロン 8
本となる。
＊ARES 空胴は 2 つの空胴からなっており、RF を発生するために壁損失が 2 台分必要となる。
このため、2 倍の電力を加えても、1.4 倍の加速電圧が発生する訳ではない。
I=1A
第一ステップはビームスタディ及び利用実験を行いながら、順次、電流値を既定値の 200
mA まで増加させる。200 mA 達成をもって、第二ステップの許可を得る。これ以降は、超伝導加速空胴を設置していく。蓄積電流 1 A に必要な RF パワーを供給するために、単セル空胴は64 台必要であった。このうち、32 台分は第一ステップにおいて ARES 空胴でまかなっており、残り 32 台分を超伝導空胴でまかなう。超伝導空胴の場合、入力パワーの制限は RF 源からきていると聞くので、クライストロンの長期間連続安定運転できる妥当なパワーは 0.8 MW と想定
すると、必要なパワーは、
220 kW×32 台 = 7.04 MWとなるので、
7.04 MW / 0.8MW = 8.8 台

9 台となる（１本つぶれた場合には、880 kW / cavity となり、短期間の運転は可能と思われる）。ク
ライストロンは 9 台必要となり、超伝導空胴も同じく 9 台となる。超伝導空胴の軸方向長さは約 3m であるので、偏向電磁石 1 台分に設置できるとすると、1 セルに 2 台設置できることになり、超伝導空胴加速セルは 5 セル必要になる。
特に大きな挿入光源を入れない現状の設計（1 MW Wiggler１台含む）において加速セルは全部で（４＋5 ＝）9 セルとなる。単セル-Bell Shape 空胴を使用した場合には、加速セル数は 8 であったので、1 セル分増加することになるが、HFR 全体から見ると、さほどセル数の増減には結びついていない。ただし、ARES 空胴、超伝導空胴を使用することによるビーム安定性は大幅に改善できることが期待できる。今後、HFR Design は、基本的に ARES 空胴、超伝導空胴の併用を考えていく。Ref. 5

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HFRproposal_V4, 03/11/06(October 7, 1998)

予算計画

ブースタ・シンクロトロン(Sy)建設時の製作コスト評価をベースにする。
本予算計画においては、HFR 周長は 500 m 程度とし、起動時は常伝導で考える。
最大エネルギーは 8 GeV とするが、定格の余裕度は 10 %程度とする。これは、Sy の持つ余裕度に相当している。しかし、HFR に蓄積後、エネルギー上昇・下降は行わない。
概算を掴むことを目的とするため、原価積算など正規の予算積算ではない。
BT 系の積算のため、Sy 将来予定地であった場所（現在、各種研究棟が建っている）を建設
予定地とする。
１．HFR 建屋
１）建屋床面積
HFR の建屋は、SPring-8 蓄積リングのような実験ホールを全周にわたって持ち、ビー
ムラインを放射状に配置する構造とは考えない。実験に応じたビームラインを HFR 収納の遮蔽壁から導き、実験ステーションを建設する。従って、Sy 建屋構造に近く、これに必要に応じたビームラインが遮蔽壁から突き出ている形状であるので、価格ベースとしては、
Sy の場合を使う。
Sy 本体収納室（以下、本体室）と電源関係及びユーティリティ関係に必要な建屋コス
トは、本体室の側壁・天井などを除き、さらに設備などを除き、使用床面積当たり約 38.5
万円/m2 である。この推定価格は、精度がよくないので、40 万円/m2 とする。
本体室内寸法を、幅 3.5 m、高さ 4 m とすると、3.5 m × 500 m + α (SH-BT & etc)
3.5 m ×250 m = 875 m2

3,000 m2 + 320 m2 + α
4,375 m2

直線部直前の偏向部から発生するエネルギーの高い放射光を利用し e+を生成する
ためには、本体室にスペースを準備することが必要である。このため、直線部に沿って、
さらに、2 m×40 m×4 箇所 = 320 m2 程度面積が増加する。偏向電磁石の数台は、当初コミッショニング終了後、超伝導偏向電磁石に置き換える可能性あり。BL 積は保存させる
方向で考慮する。この部分の床面積は若干増加する。
4,375 m2 + 320 m2 = 4,695 m2

4,695 m2

RF 加速設備は、空胴 4 本を 1 本のクライストロンで運転し、全 22 本のクライスト
ロンを使用。このため、増強を見越して、建屋準備は 24 本とする。

BT 系本体室にビームダンプ部を設け、Sy 調整時に使用する。このためのビームライ
ン及びダンプ部は、
10 m×5 m + 3 m×5 m = 65 m2

65 m2

常伝導電磁石電源室は 1 ケ所に集中できる。Sy の場合に比べて、DC 電源であるため

21/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

列盤は少なくなるが、四極電磁石、六極電磁石ファミリ数は増加するため、盤数はほぼ同数となると思われる。
500 m2常伝導電源室；500 m2

この他に入射用パルス電磁石電源室が必要であり、一部補正電磁石電源も共存させる。
入射用パルス電磁石電源室

60 m2

60m2

パルス電磁石設置周りに作業エリアとして、本体室に約 90m2 分増加が必要である。
90 m2
RF 電源にクライストロン 24 本程度準備する必要があり、Sy 的に 2 本を一室に配置することにすると、
33 m×25 m×24/2 = 9,900 m2

9,900 m2

これら RF 電源はラティス構成上必要な直線部を集中して配置することは得策ではないように思えるので、全周にわたり分散する。これらの RF 電源室に付属して、補正電磁
石電源、ビームモニタ、真空電源／モニタ等を設置するスペースを 100 m2 ずつ準備する。
100 m2×12 = 1,200 m2

1,200 m2

大物物品の搬入室は作業性、本体室内幅が狭いことなどから、最低二箇所準備するもの（一箇所は制御室横）とし、雨天時の搬入を可能にするために前置搬入室、遮蔽扉、本体室仮置きスペースなどを入れると、10 m×20 m + 3 m×3 m + 4 m×5 m×2 = 458 m2

460 m2小物の搬入及び人員の立ち入りは大物搬入室に付属して設置することにし、遮蔽扉は無く、迷路状＋区切り扉にする。
8 m×8 m×2 = 128 m2

130 m2

BT 系電源室は、配線ケーブルを長く引き回すことによるトラブルを避けるため、二箇所程度設ける。
5 m×12 m×2 = 120 m2

120 m2

HFR 制御室（或いは各機器の制御拠点として考える？）は建設期及びコミッショニ
ング時のみならず、日常的にも不可欠である。ただし、中央制御室のように外来見学者のコースになることはないので、さほど立派である必要は無い。Sy 並みの機能を持たせれば充分と考えられ、試験・調整運転時にはこの制御室から Sy 運転も行うことになる。
（利用者向け定常運転は、中央制御室から行うことになる）インターロック監視盤、ビームモニタ監視用汎用盤、タイミング制御盤、制御用端末 2〜4 台、打合・検討用作業
机、電子黒板、コピー機、電話／ファックス、完成図書／作業用図面用書架 10 基程度、小物予備品収納ケース、軽量棚 4 基、椅子 10 脚、折り畳み椅子 10 脚、制御用基板ストックケース 4 基、安全設備監視盤 2 基等を納め、運転を行うスペースとして、
8 m×15 m = 120 m2

120 m2

付帯設備として、給湯室、トイレ、下駄箱など、
2 m×3 m + 3 m×4 m×2 + 6 m×5 m = 60 m2

22/62

60 m2

HFRproposal_V4, 03/11/06

ユーティリティ設備関係はよく分からないが、Sy の場合の 25 %増として算出してみると、排風機室 1､2

6.5 m×6 m×1.25×2 = 100 m2

100 m2

空調室 1,2

5 m×6 m×1.25×2 = 75 m2

75 m2

DP タンク室

6 m×8 m×1.25= 60 m2

60 m2

廃液タンク室

8 m×6 m×1.25= 60 m2

60 m2

熱源室（電気室含む）

23 m×12 m×1.25 = 345 m2

345 m2

以上まとめると、
4,695 m2

Sy 本体室（BT 系本体のみ含む）
BT-Beam Dump 部

65 m2

常伝導電磁石電源室

500 m2

入射用パルス電磁石電源室

60 m2

パルス電磁石設置周り作業エリア

90 m2

RF 電源室9,900 m2

補正電磁石、ビームモニタ、真空電源／モニタ等設置

1,200 m2

大物物品の搬入室

460 m2小物の搬入及び人員の立入

130 m2

BT 系電源室

120 m2

HFR 制御室

120 m2

給湯室、トイレ、下駄箱など

60 m2

ユーティリティ設備関係

640 m2
合計建屋面積従って、本体、電源室など；

400 K×18,040 m2 = 7,216 M¥

18,040 m2

7,216 M ¥＊本体室の側壁・天井については手持の資料に欠けるので、調査が必要。あるいは、加速器建屋面積をベースに、別途、調査すること。
HFR 建屋の概念図を図 18 に示す。
２） ユーティリティ設備① 受配電設備
Sy は 1 秒間の繰り返し運転を行っているが、設備容量としては、8 GeV 相当時に合わせているため HFR 定格電力量を確認すれば、Sy 受配電設備建設価格を参考に出来る。Sy ではパターン運転を行い、それに伴う電力変動を抑えるため、また、高調波ノイズ抑制のため、フィルタ・TQC などを附加しているが、HFR は

23/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

DC 運転を行うため、これらの機器は不要となる。
容量；Sy

20 MVA

SSBT

1 MVA
560 M ¥

560 M ¥

（Sy よりかなり容量増加になるので、Sy 建設価格のまま）② 冷却設備Sy 初期設計のままの冷却水量で冷却設備が建設されているので、実際の使用水量は設計値の 60 %程度である。従って、冷却水配管、循環設備、冷却能力など設備関
係は Sy 冷却設備建設価格を参考にできる。ただし、HFR は蓄積リングであり、冷却水温度（できれば流量も）の安定化が必要である。これは、制御機能の増設で実現できるので、多少の増額で済ませることができる（と期待する）ので、Sy 冷却設備建設
価格のままにする。
容量；Sy

12 kl/min

SSBT

0.8 kl/min
550 M ¥

550 M ¥

③ 空調設備・換気設備
建屋建設費に入っている。
④ 放射線監視設備
未検討

２．機器
１）HFR ラティス電磁石
電磁石本体は、製作行為に主にコストがかかるため、多少の形状の変更では製作コストにほとんど影響はでない。ただし、磁場強度を数点で測定することは仕様にいれるが、磁場分布測定などは電磁石製作範囲には入れない。ラティス構造を決めていない現時点で台数を見積もることは大変無謀なことであるが、何らかの概算を得ることを目的としているので、無謀を承知で求める。基本的に Sy ラティス（40 セル）をベースに、直線部を多数確保するため、セル数を 48 とした。全体は四角形状になる。
ただし、四極電磁石を 6 ファミリ、六極電磁石を 4 ファミリと想定する。磁極ギャップ、ボア径など、大電流・蓄積の点から、あるいは真空槽などの実装面から設計変更が必要であろうが、これらの変更は、積層鋼板の面積増大、コイル線材の増長に寄与するだけで、価格への影響は小さい。むしろ、電源の出力容量増加の寄与が大きいと考えられる。

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HFRproposal_V4, 03/11/06① 偏向電磁石
Sy では、東芝 R&D 実績価格では、12,000 K ¥ であったが、量産品の場合、設計費が大幅に削減できることから、量産品としては、11,244 K / 1 台であったので、
11,244 K ¥×64 = 719,622 K ¥を積算価格とした。（この価格は、包括的なものであるので、設計費、架台など、偏向電磁石単体として必要な付帯設備は含まれていると考えている。）② 四極電磁石Sy 建設当時の四極電磁石製作価格は、4,723 K ¥ラティス構造が決まらないと具体的な台数はでないが、現在 Sy では 2 ファミ
リ／40 セルであるものを、6 ファミリ／48 セルとした。
4,723 K ¥×6×48 = 1,360,224 K ¥③ 六極電磁石Sy 建設当時の四極電磁石製作価格は、2,483 K ¥ラティス構造が決まらないと具体的な台数はでないが、現在 Sy では 2 ファミ
リ／30 セルであるものを、4 ファミリ／28 セルとした。
2,483 K ¥×4×28 = 278,096 K ¥④ 補正電磁石Sy 建設当時の補正電磁石製作価格は、CH;

1,468 K ¥CV;

1,581 K ¥ラティス構造が決まらないと具体的な台数はでないが、セル数の増加分のみ入れた。
CH;

1,468 K ¥×48 = 70,464 K ¥CV;

1,581 K ¥×48 = 75,888 K ¥以上、ラティス及び COD 補正電磁石の製作価格をまとめると、① 偏向電磁石

720 M ¥

② 四極電磁石

1,360 M ¥③ 六極電磁石

278 M ¥

④ 補正電磁石70 M ¥
76 M ¥
2,504 M ¥25/62

2,504 M ¥

HFRproposal_V4, 03/11/06

２）電磁石電源Sy ラティス電磁石電源はパターン出力電源であり、本 HFR 用電源は DC 電源であるため、比較はできない。電磁石コイルを Sy と同等なものを想定しているので、偏向電磁石電源；

最大定格 1,720 A、常用定格（8 GeV 対応）1,455 A

四極電磁石電源；

最大定格 670 A、常用定格（8 GeV 対応） 450 A

六極電磁石電源；

最大定格 400 A、常用定格（8 GeV 対応） 150 Aがとれる DC 電源を考える。次に出力電圧を算定するために、電磁石本体、配線ケーブ
ルの抵抗分を求める。
偏向電磁石

本体抵抗分

10.6 mΩ / 1 台

64 台

712 mΩ（余裕分 5 %含む）

配線ｹｰﾌﾞﾙ長 500 m + 100 m + 5 m×2×64
抵抗定格値

1,240 m45.4 mΩ / km / 2 / 1,000m（400 mm2×2 条）

ｹｰﾌﾞﾙ抵抗値
偏向電磁石本体＋配線ｹｰﾌﾞﾙの合計抵抗値
定格出力；出力電流(A)1,720 A

出力電圧(V)

1,274 V
50 M ¥

0.0227 mΩ
28

mΩ

740

mΩ

1台

50 M ¥(SPring-8 で検討中の QM-PS(570A x 1,150V)が 25M¥であることを基準にしている)
四極電磁石

本体抵抗 12.5 mΩ/1 台

48 台

630 mΩ（余裕分 5 %含む）

配線ｹｰﾌﾞﾙ長 500 m + 100 m + 5 m×2×48
抵抗定格値

1,080 m72.2 mΩ / km / 2 / 1,000m（325 mm2×2 条）

ｹｰﾌﾞﾙ抵抗値
四極電磁石本体＋配線ｹｰﾌﾞﾙの合計抵抗値
定格出力；出力電流(A)670 A

出力電圧(V)

448 V
12 M ¥

0.0361 mΩ
39

mΩ

669

mΩ

6台

72 M ¥(SPring-8 で検討中の QM-PS(570A x 1,150V)が 25M¥であることを基準にしている)
六極電磁石

本体抵抗 19.4 mΩ/1 台

28 台

570 mΩ（余裕分 5 %含む）

配線ｹｰﾌﾞﾙ長 500 m + 100 m + 5 m×2×28
抵抗定格値

12.2 mΩ / km / 1,000m（150 mm2×1 条）

ｹｰﾌﾞﾙ抵抗値
六極電磁石本体＋配線ｹｰﾌﾞﾙの合計抵抗値
定格出力；出力電流(A)

400 A

26/62

880 m
0.122

mΩ

107

mΩ

678

mΩ

HFRproposal_V4, 03/11/06

定格出力；出力電流(A)400 A

出力電圧(V)

271 V
5M¥

4台

20 M ¥(SPring-8 で検討中の QM-PS(570A x 1,150V)が 25M¥であることを基準にしている)
CH

本体抵抗 1 Ω/1 台

1.05 Ω

1台（余裕分 5 %含む）
配線ｹｰﾌﾞﾙ長 500 m / (8×2) + 100 m
抵抗定格値

131 m

1.31Ω / km / 1,000m（14 mm2×1 条）

ｹｰﾌﾞﾙ抵抗値
CH 電磁石本体＋配線ｹｰﾌﾞﾙの合計抵抗値
定格出力；出力電流(A)10 A

出力電圧(V)

12 V

GP016-20R ;CV

160,000 ¥1.310 mΩ
172

mΩ

1.22

Ω

48 台

本体抵抗 1.6 Ω/1 台

7.68 M ¥1.68 Ω

1台（余裕分 5 %含む）
配線ｹｰﾌﾞﾙ長 500 m / (8×2) + 100 m
抵抗定格値

131 m
2

1.31Ω / km / 1,000m（14 mm ×1 条）

ｹｰﾌﾞﾙ抵抗値
CV 電磁石本体＋配線ｹｰﾌﾞﾙの合計抵抗値
定格出力；出力電流(A)10 A

出力電圧(V)

19 V

GP035-15R ;165,000 ¥1.310 mΩ
172

mΩ

1.85

Ω

48 台

7.92 M ¥偏向電磁石電源300 M ¥ ?

1台

300 M ¥

四極電磁石電源80 M ¥ ?

6台

480 M ¥

六極電磁石電源50 M ¥ ?

4台

200 M ¥

CH-PS

0.160 M ¥

48 台

8M¥

CV-PS

0.165 M ¥

48 台

8M¥

1式

100 M ¥

磁石配電ｹｰﾌﾞﾙ＋工事

100 M ¥ ?

1,096 M ¥ ?
合計金額（諸経費 20 % 含む） 1,316 M ¥1,316 M ¥27/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

３）ビームモニタ
運転当初に必要な機種のみ入れる。
BPM;

6sets x 48cells = 288 sets

1,136 M ¥処理回路は Sy 使用の回路であり、１ﾀｰﾝ測定機能は含まれていないため、考慮が必要。このための費用約 20%としておく。
DCCT;

2 sets24.8 M ¥1,363 M ¥50 M ¥

fast-CT; 2 sets

25 M ¥

RF-KO; 4 Stripline type

48 M ¥

PickupTune
RF-KO
RF Amp + L.L.

High Power

50 M ¥

Low Power

20 M ¥SR; (FE, shutter etc 不含。初期に観測するための機器のみ)

20 M ¥

ビームモニタ用タイミング回路

80 M ¥

処理回路機器絶縁電源、収納ラックなど

100 M ¥
1,756 M ¥合計金額（諸経費(30%)含む）

2,282 M ¥ ?

2,282 M ¥４）真空系
蓄積電流値の増大、偏向電磁石磁場増大、大電流化に伴う真空槽内壁形状の適正化などの理由から、真空槽の廃熱能力の増強、内壁形状の検討などが必須であり、これは本 HFR 建設計画中、かなり重要なテーマである。これら問題は具体的検討を実施しないと概算の算定が出来ないが、SPring-8 リングの場合、真空槽全周では 100 億円であったらしい。真空槽は周長に比例すると考えることができるため、
10,000 M ¥×480 m / 1,400 m =3,430 M ¥としておく。同時に真空槽に内蔵する分布型真空排気ポンプの検討が不可欠である。
粗排気装置は従来のターボ分子ポンプ(TMP)を主ポンプとする真空排気装置を考えるが、真空槽を超高真空に保たなければならないことから、TMP は当然磁気浮上型、排出ポンプは従来の油回転ポンプではなく、ドライポンプを使用する。このような粗排気装置は移動可能式として組み上げるが、真空系立上作業、追加作業、さらに電流増加試験時の補助的真空排気装置として、全必要台数の少なくとも半数は準備するものとする。
真空槽立上時のベーキングは現在使用している方法を採用し、熱源は利用できるものとする。

28/62

HFRproposal_V4, 03/11/06① ビームダクト
ビームダクトは Sy 部では参考にならない。
レーザ電子光装置用に偏向電磁石部真空ダクトを交換した時、１億５千万円であった。この費用内訳を見ていないのでどこまで入っているか定かではないが、現在使用している真空槽より価格減になることは想像できないので、このままの価格が偏向電磁石部真空槽一基分の価格としておく。この中には、組み込み型真空ポン
プ、同電源、ベーキングヒータ（？）等（外部熱源は除く）、封止フランジあるいは封止バルブ（ビーム軌道上に設置するゲートバルブは除く）、クロッチアブソーバ（廃熱用熱源は除く）、一次 SR 取り出しポートなどは含まれている。

直線部は、特殊な部分を除けば、放射光の熱負荷はさほどないが、偏向部真空槽との接続部、電磁石との組み付け等を有する。BPM、ストリップライン型モニタ
あるいは RF-KO、RF 加速区間、入射用パルス電磁石区間などの特殊な部分を除く。
真空作業、真空事故対策のため、リング全体を長直線部と円弧部とに区切ることができるように、ゲートバルブを８台設置する。この他の入射部、RF 部などにゲートバルブの設置が必要な場合には、各々の区分で考慮する。
3,430 M ¥偏向電磁石部真空槽
直線部真空槽20 M ¥ 56 台

ゲートバルブ

5M¥

8台

1,120 M ¥40 M ¥
4,590 M ¥真空槽合計

4,590 M ¥②真空排気系
真空排気系は Sy 部では参考にならない。
粗排気装置は、TMP300l/s クラスを主機とする排気装置セットで約 350 万円程度であるが、排出ポンプを油回転ポンプからドライポンプに交換するため、約 80 万円
程度価格が上がる。粗排気装置は、定価で約 430 万円とする。真空槽のコンダクタ
ンスはどう考えても良いようには見えないので、（偏向部＋直線部）一個所に１セット配置する。従って、真空計もこの程度設置する。真空計は、比較的丈夫であり、低真空域検出器と自動切換の機能を持つコールドカソードゲージ型と超高真空域で真空度を測定することを目的としたヌードイオンゲージ（ダブルフィラメント）型を併設する。
直線部

粗排気装置

4.2 M ¥

56 式

235 M ¥

RF 部

粗排気装置

4.2 M ¥

6式

25 M ¥

29/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

入射部

粗排気装置

長直線部

粗排気装置

4.2 M ¥

4式

17 M ¥

4.2 M ¥

12 式

50 M ¥

78 式

328 M ¥

（電源等、含む）
直線部 IP（50 l/s）

0.5 M ¥

56 台

28 M ¥RF 部

IP(400l/s)

1.5 M ¥

6台

9M¥

入射部

IP(400l/s)

1.5 M ¥

4台

6M¥

1.5 M ¥

12 台

18 M ¥

長直線部

IP(400l/s)

61 M ¥（電源等、含む）
CCG 真空計

0.5 M ¥

78 式

39 M ¥NIG 真空計

0.6 M ¥

78 式

47 M ¥
86 M ¥（電源等、含む）
真空排気関連市販品合計

474 M ¥

これら真空関連の市販品は、これだけの台数をまとめて発注する場合、定価の 60%程
度から入札競争が始まることが常識的であり、ここでは約 50%としておく。
真空排気関連市販購入価格合計

237 M ¥
237 M ¥

30/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

５）RF 加速設備
当面、従来の RF 加速設備を主体とし、クライストロン 8 本から開始する。価格算
定は、現在実施している Ring RF_A Station の建設価格をベースにする。従来型をベースにすると、１ステーション分の内訳は、Cavity(Tuner,冷却；含む)

8台

270

M¥

3 M¥

10 台

30

M¥

クライストロン電源

120 M ¥

1

120

M¥

冷却システム

50 M ¥

2100M¥

高周波伝送系

150 M ¥

1

150

M¥

サーキュレータ

30 M ¥

2

60

M¥

温調系

50 M ¥

2

100

M¥

クライストロン

56.2 M ¥2

112.4 M ¥クライストロンベース

15.3 M ¥2

30.6 M ¥Low Level

100

M¥

2

200

M¥

据付、管理費等

100

M¥

2

200

M¥

RF Coupler

1,373 M ¥高周波加速設備 4 ステーション分

建設価格

5,492 M ¥5,492 M ¥６）入射系
入射スキームの検討は済んでいないが、Sy 出射スキームのほぼ逆向きであると考えると、
4 バンプ電磁石、4 パルスセプタム電磁石の組み合わせで Off-axis 入射が可能である。
製作機器の BL 積など磁場測定機器及び測定の一部は入っている。
バンプ電磁石4台

23 M ¥

バンプ電磁石電源

4台

106 M ¥

セプタム電磁石１

20 M ¥

20 M ¥

セプタム電磁石１電源

19 M ¥

19 M ¥

セプタム電磁石２19 M ¥

19 M ¥

セプタム電磁石２電源

19 M ¥

19 M ¥

セプタム電磁石３21 M ¥

21 M ¥

セプタム電磁石３電源

27 M ¥

27 M ¥

セプタム電磁石４22 M ¥

22 M ¥

31/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

33 M ¥

セプタム電磁石４電源

入射用パルス電磁石系合計

33 M ¥
309 M ¥

309 M ¥
７）BT 系
BT 系建設費用を大きくしたくないため、本来 Sy 将来予定地、現在箱物建設ラッ
シュ予定地となっている敷地に建設することを考える。
BT 系はほぼ引き回す距離に比例すると考えられるが、Sy 建設時には、かなり厳しい減額を行ったため、ほぼ同程度の価格が適正な価格であるように思う。ただし、ビームダンプ撤去作業及び BT 系途中一個所に Sy 調整時に使用するビームダンプ建設（あるいは移設・設置）も含む。
BT 系電磁石及び電源、ﾋﾞｰﾑﾓﾆﾀ、真空槽、真空機器など一式

1,000 M ¥８）タイミング制御設備
入射パルス電源のトリガ、電子銃パルサトリガ、バンチ ID 用タイミング、ビー
ムモニタ用トリガなどを制御するため、基本周波数をベースにしたタイミング制御装置を構築する。基本的には、現在行っている単バンチ作成用に使用している同種機器を使用する。位相安定化光ファイバケーブル（12 芯程度）を全周に亘り張り巡らせることにより、RF ステーション間の位相同期も行う。基本周波数発生器および位相安定化光回路を含む。
一式（配線工事、端末処理など含む） 30 M ¥位相安定化光ケーブル
タイミング用機器

一式(E/O, O/E 等、含む)

150 M ¥
180 M ¥

合計（諸経費 20 %含む）

216 M ¥

216 M ¥

９）計算機制御設備
HFR 制御室からコミッショニング、点検時および長期停止後の起動・調整、ビー
ム研究時の運転を行う。このため、適当な EWS 及び端末等を必要とする。Sy の EWS
本体更新に約 5 千万円要しており、本体価格はこの程度見ておけば充分である。この
他に端末が必要であるが、100 万円程度の端末を４台と補助的にパソコン４台を考え
る。

32/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

直接は計算機制御ではないが、ITV 利用のモニタ設備も本項に含める。これに要する費用は、必要な光ケーブルの敷設、切換器などを含めて、2 千万円程度か。
各機器制御用 VME に要する費用は、現在、SPring-8 で使用しているボードで全て賄えることを仮定すると、ドライバ・ソフトの開発が不要になり、EM、GUI などの制御ソフトウェアが全て内策できることになる。このため、VME モジュールのみ購入することで対応がつく。ちなみに、CPU モジュールが 120 万円、典型的な DIO モ
ジュールは 30 万円であるので、一個所に置く VME１台当たり 500 万円（UPI 含む）
程度である。設置台数は、
電磁石電源室

2台

2

RF

1台

× 4 室（当初）

4

モニタなど

2台

× 4 室（当初）

8

入射パルス

1台

1

制御室､テスト2台

2

I/L 監視1台

× 4 室（当初）

420 台

制御用 EWS 本体(OS など含む) 一式

50 M ¥

端末

1

M¥

4台

4M¥

補助 PC

0.5 M ¥

4台

2M¥

2

M¥

1式

2M¥

VME

5

M¥

20 台

100 M ¥ITV モニタ設備

20

M¥

1式

20 M ¥

Appli. Soft.

178 M ¥
合計（諸経費 20 %含む） 214 M ¥214 M ¥
１０）加速器機器現地据え付け工事
電磁石等の精密据え付け費用は含まないものとして算定する。SPring-8 側から適当な現場指示及び相当な助成を前提とする。
ケーブル配線等を含む。（電磁石−電源間、空胴−電源間導波管の接続は除く。
位相安定化光ファイバ、制御 LAN 光ファイバ、汎用光ファイバの敷設・端末処理は除く。）
現地据え付け・共通費

一式

33/62

1,317 M ¥

HFRproposal_V4, 03/11/06

HFR Budget
1.

HFR 建屋
1) 建屋面積

7,216 M ¥（遮蔽体･側壁&天井含まず）

2) ユーティリティ設備

2.

受配電設備

560 M ¥

冷却設備

550 M ¥機器
1) HFR ラティス電磁石

2,504 M ¥（常伝導電磁石のみ）

2) 電磁石電源

1,316 M ¥3) ビームモニタ

2,282 M ¥4) 真空系

4,590 M ¥?

237 M ¥
5) RF 加速設備（4 ステーション分）

5,492 M ¥6) 入射系

309 M ¥

7) BT 系

1,000 M ¥8) タイミング制御設備

216 M ¥

9) 計算機制御設備

214 M ¥

10)

加速器機器現地据付工事

1,317 M ¥HFR 第 1 期建設予算額

27,803 M ¥第一期建設期の大工程表を図 19 に示す。第一期建設（蓄積電流 200 mA）では、超伝導空胴、
超伝導電磁石を使用しないので、最短で 5~6 ケ年の建設期間で、ビーム初期調整が開始できる。
この間に、建設と並行して、超伝導技術の確立と実機試験を実施し、第一期終了直後から、順次、超伝導空胴・電磁石を製作し、第一期建設によるビーム利用を実施しながら、例えば、定期点検を実施する夏期長期停止期間時に追加していく。超伝導空胴の製作に期間を要するので、第二期完成までに 3~5 ケ年、さらに必要であると思われる。

34/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

HFR 問題点
SPring-8 HFR を実施する上で、要素開発、検討を行わなければならない点を以下に列挙する。項目によっては、考え付くままに書き出すところが多分にあり、問題点の整理自体に検討を加えなくてはならないものもあることをお断りしておく。
1) 高周波加速空胴
蓄積電流が大きいこと、リング周長を比較的短く設計しているため放射エネルギー損失が大きいこと、放射エネルギー損失の大きい挿入光源を使用すること、…などの事情から、高周波加速電力は膨大なものとなる。直接、蓄積ビームに加速エネルギーを与える高周波空胴の台数も増加することから、常伝導空胴では高周波寄生振動数を避けるような調整が困難になり、Coupled-Bunch instability 抑制の点から現実的な選択ではなくなる。この問題を解消するためには空胴の共鳴幅が極端に狭くできることから、寄生振動数を避けた運転を行うことが可能となる超伝導空胴を選択する。第一期運転当初の低電流運転*では、ARES 型常伝導
空胴で運転を開始し、コミッショニングを実施するほうが現実的である。本 SPring-8 加速器部門には、空胴に限らず超伝導技術の蓄積は乏しいため、早期に、検討・試作等を開始しな
くてはならない。
超伝導加速空胴の検討・製作・試験運転
超伝導用液化装置＋テストスタンド建設*低電流運転；200 mA 蓄積を目標とする。この電流値は、最終目標電流値 1 A の 20 %に相当
し、200 mA 蓄積が成功した時点で、第２期コミッショニングを開始する。
2) 超伝導偏向電磁石
陽電子発生用にウィグラ型ではなく偏向電磁石 1 台を初期立ち上げ後、超伝導偏向電磁石に入れ替える。超伝導偏向電磁石の試作・磁場測定など。発生する放射光の高エネルギ
ー部は数 MeV に達し、実験に使用する一部を除き、吸収し遮蔽・排熱を行なわなくてはならない。このため、真空槽を専用に考えなくてはならない。
3) 大電流蓄積に伴うビーム不安定性の検討
抑制に使用するためのフィードバック機器
4) 真空槽の材質・内部形状・真空排気方式
大電流化に伴い放射光の不使用部分を吸収し遮蔽するため光吸収体を開発しなくてはならない。これに伴う熱除去問題の解決も必要である。
大電流に伴うビームダクトの RF コンタクト
5) 陽電子発生評価
超伝導偏向電磁石−ターゲットアセンブリ

35/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

6) Lattice Optimization
文中にも記したように、最適化には程遠い。周長・エミッタンスを実験条件と合わせて最低化しなくてはならないが、今後、RF の設計とも連携を取りながら、検討を進める。
7) Beam monitor
大電流蓄積のため、ビーム軌道が確保できなければ、真空ダクトの破損にも繋がる。また、緊急時の監視を行いビーム停止を安全に行なえる信頼性の高いモニタリング手段を検討しなくてはならない。
8) BT Lattice
ビーム輸送系の検討には着手していない。これは、設置場所の決定に強く影響を受ける
ため、最後になっている。リングを効果的に運転するため、単にビームを通過させるためのラインとしない検討が有効である。
最大の問題は、この計画で実現できる多方面の基礎から応用分野のササイエティを立ち上げることである。

36/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

Acknowledgements;
Photoneutron 生成データの情報は浅野氏から得た。さらに、超伝導電磁石による放射光を用いた 9Be ( γ , n ) による中性子生成の可能性についての提案も受けた。
References;
1. Private communication in Japanese (早乙女 光一、“超伝導 wiggler による slow positron 生成効率の評価”, 1994).
このなかで、photon flux F(ω)の評価は、S.Krinsky, M.L.Perlman and R.E.Watson, in “Handbook of Synchrotron Radiation”, Vol.1, p.65;
Eq.(11),陽電子生成量のシミュレーションは、
W.R.Nelson, H.Hirayama and D.W.O.Rogets, “The EGS4 Code System”, SLAC-265, 1985,
β+崩壊性同位元素からのβ+から slow positron への変換効率については、
広瀬雅文、”PF 低速陽電子源研究会報告”, KEK Proceedings 93-21, p.20,
Modified Bessel 関数積分形の近似式は、
V.O.Kostroun, “SIMPLE NUMERICAL EVALUATION OF MODIFIED BESSEL FUNCTIONS
Kν(x) OF FRACTIONAL ORDER AND THE INTEGRAL ∫x∞kν(η)dη,を各々参照している。
2. Private communication in Japanese (米原、伊達、早乙女、”電子蓄積リングによる中性子源”, July
15,1998).
この中で、MeV Photon 生成量の評価に、
現在 SPring-8 と大阪大学の共同研究として、SPring-8 蓄積リングにレーザ電子光装置を設置するための計画書（”Quark Nuclear Physics with Multi-GeV Polarized Photons at SPring-8”,
RCNP, Osaka Univ. 1997, February）、
Photoneutron の断面積は、S.S.Dietrich and B.L.Berman, “ATLAS OF PHOTONEUTRONCROSS SECTIONS OBTAINEDWITH MONOENERGETIC PHOTONS”, ATOMIC DATA AND NUCLEAR DATA TABLES 38,
199-338(1988),
Photon Attenuation Length は、
BOOKLET of PARTICLE PHYSICS, July 1996
ターゲット候補の原子量、密度は、理科年表を参考にした。
3. 伊達、Private communication in Japanese（”10 MeV γ production by CO2 Laser 検討(Ⅰ)”,
November 08, 1998）.
4. 川島、Private communication in Japanese（ 蓄積リング高周波加速空胴関連長期計画案 、1997）.
5. E.Ezura et al; “RF SYSTEM FOR KEK B-FACTORY”, KEK Preprint 98-93, July 1998 A.

37/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

SCWによるslow positron生成効率の評価

formulated by K. Soutome-4

assume; (slow positron) / (positron produced in Tungsten slab) = κslow = 10 (Constant)
Electron Energy [GeV]Thickness of Tungsten slab
[cm]

8

10

12

14

16

18

0.5

6.46E+09

3.92E+10

1.22E+11

2.60E+11

4.37E+11

6.31E+11

1

1.07E+10

6.59E+10

2.06E+11

4.41E+11

7.44E+11

1.08E+123

1.75E+10

1.11E+11

3.53E+11

7.62E+11

1.29E+12

1.88E+125

1.89E+10

1.21E+11

3.87E+11

8.39E+11

1.43E+12

2.08E+1210

1.92E+10

1.23E+11

3.96E+11

8.61E+11

1.47E+12

2.14E+12

Table 1; Estimation of Slow-Positron Production Yield with 8-T Super-Conducting Magnet.

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MeV領域のレーザ電子光発生に使用できるレーザの種類
レーザ種類

発振波長（µm）

励起源

Nd : Y3Al5O12, (YAG)

3+

1.06414 (R2 >> Y3 , 最強）

FL, AL, L

高効率、大出力、多波長発振

2+1.63 - 2.50L

波長可変、広帯域、長波長

10.6

L

10 W〜200 W CW

Co : MgF2
CO2
NH3
CF4
CH3 OH( CO 2 ﾚｰｻﾞ励起
遠赤外ﾚｰｻﾞ）

特徴など

mW ？

12.1
16.3
41.7
FL；フラッシュランプ
AL；アークランプ
L ；レーザTable 2; Available Lasers produced MeV Laser-Electron Photon.

39/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

Integrated Cross Sections and Lorentz Parameters from Photoneutron Cross-Section Data
from "Atonic Data and Nuclear Data Tables 38, 199-338(1988)"

Integrated Cross Section
E γ thres(1n) σ int(γ , 1n) σ int(γ , 2n) σ int(γ , 3n) σ inttot(γ ,Sn)
(MeV)
(MeV) (MeV-mb) (MeV-mb) (MeV-mb) (MeV-mb)
E γ M ax

Nucleus

from

E m1
(MeV)

σ m1
(mb)

Γ1
(MeV)

E m2
(MeV)

σ m2
(mb)

Γ2
(MeV)

10.5

4.48

180.9479

16.6

4.69

183.8419.1

4.61

196.96654

19.3

4.20

207.2

11.34

9.5

1039

313

1665

16.36

185

5.50

96

Mo

27.8

9

1045

438

1921

16.20

185

6.01

98

Mo

26.8

8

940

574

4

2100

15.80

189

5.94

27.0

8

811

692

25

2270

15.74

171

7.81

24.9

9

1364

279

1922

16.07

199

7.38

25.2

7.5

2180

790

13

3799

12.30

259

2.43

15.23

341

W

21.3

6

1860

994

0

3848

12.56

268

2.66

15.17

328

Au

21.7

8

2588

479

3546

13.72

541

16.9

6.5

2902

145

3192

13.48

602

Ag

181

Ta

Nat

197

Nat

Pb

Table 3; Photoneutron Cross Sections and Lorentz Parameters of Giant Resonance.

40/62(gr/cm 3 )107.8682

28.4

Nat

密度
10.2

Mo

Mo

原子量
95.94

Mo
94

100

理 科年表

Lorentz Parameters

HFRproposal_V4, 03/11/06

Figure Captions;Fig. 1；8 GeV 電子リングに超伝導電磁石（8 T）を設置した時に放射光として得られる光子数
横軸は光子エネルギー（MeV）を、縦軸は光子数を示す。世界 3 大放射光施設の一つである SPring-8
リング偏向電磁石から得られる放射光の Critical Energy が 34 keV であることを考えれば、いかにエネル
ギーの高い光子分布が得られるか、明白である。図中、縦の破線は、電子-陽電子対生成に必要なエネル
ギー閾値を示す。

Fig. 2；光子−陽電子変換効率
光子をターゲットに照射し陽電子を生成する場合、変換効率は光子エネルギーとターゲット厚さにより求められる。本図は、ターゲットにタングステンを選び厚さを変えた場合に、入射光子エネルギーによる変換効率のシミュレーションである。光子エネルギーに応じてターゲット厚を増加することによる変換効率の向上には実用限度があり、薄めのターゲットを複数枚使用することが実質的な向上に繋がる。

Fig. 3；被積分関数 κ(ω)F(ω) / (0.1ω / 100)
タングステンをターゲットにし、各々の厚さに対する入射光子エネルギーによる被積分関数の変化を示す。

Fig. 4；常伝導偏向電磁石と超伝導偏向電磁石によるビーム軌道
HFR 初期ビーム調整は常伝導電磁石で行い、ビーム調整の後、適当な時期に高エネルギー放射光を取り出すために、超伝導偏向電磁石に置き換える。置き換えは全数行なうのではなく、実験ステーションに合わせて個々の偏向電磁石で実施する。

Fig. 5；超伝導電磁石による高エネルギー放射光発生方向
放射光と電磁石との干渉を見るため、ビーム軌道をラティス中心軸に直線とした。従って、偏向電磁石内で放射光の方が曲がっている。Q4 電磁石の外側ヨークから下流のヨーク部に放射光が当たりそう
であり、Q4 が放射光シールド、ビームラインなどの開始点となりそうである。直下流の偏向電磁石の真空槽は十分な対策をとる必要がある。

Fig. 6；電子と入射光子の正面衝突による出射光子（レーザ電子光）の角度とエネルギーの関係
入射光子は CO2 レーザを想定し、レーザ波長は、10.6 µm（光子エネルギーは 0.117 eV）、電子エネル
ギーは 8 GeV である。

Fig. 7；電子と入射光子の正面衝突による出射光子（レーザ電子光）の角度とエネルギーの関係
入射光子として波長 200 nm（光子エネルギーは 6.20 eV）、電子エネルギーは 8 GeV である。

Fig. 8；電子と入射光子の正面衝突による出射光子（レーザ電子光）の角度と断面積の関係
Fig. 6 と同条件であり、最前方のコーンの断面積を求めた。

41/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

Fig. 9；電子と入射光子の正面衝突による出射光子（レーザ電子光）の角度とエネルギーの関係
Fig. 7 と同条件であり、最前方のコーンの断面積を求めた。
Fig. 10；入射光子エネルギーとレーザ電子光エネルギーの関係
横軸は、入射光子の波長（nm）で記している。1240 を入射光子の波長（nm）で割ると、光子エネ
ルギーを eV の単位で求めることができる。

Fig. 11；高エネルギーのレーザ電子光
入射光子として、keV 程度の光子を用いれば、電子エネルギーに匹敵するレーザ電子光を得ることができる。加速器周辺では、例えば、アンデュレータ光は準単色光であり、光子数も多いことから、入射光子として使用できる可能性がある。

Fig. 12；Energy differential cross section for producing gamma quanta in Compton-back-scattering process onan 8 GeV electron beam of X rays at energies Ex indicated in the figure. Also indicated are energies of gamma
rays above which cross section integrated reach certain portions of total cross sections.
Fig. 13；Giant Resonance の中性子放出断面積181

Ta による Giant Resonance の中性子放出断面積の光子エネルギー依存性を示す。

Fig. 14；ラティス評価
上は、HFR ノーマル部のベータ、分散関数を示す。下は、オプションとしてαを negative にしたラ
ティスのベータ、分散関数を示す。
（これらは、評価途中であり、最適化されていない。）

Fig. 15；HFR 外形
周長を、742.732 m（ハーモニック数 1,260）とした外形図。

Fig. 16；ラティス構造
1 セル分のラティスを組む偏向電磁石及び四極電磁石の配列である。さらに、六極電磁石を 4 台程度と複数台の補正電磁石を追加する。

Fig. 17；空胴配置案
偏向電磁石を抜いたミッシングベンド部に空胴を 4 台設置する。

Fig. 18；建屋配置案
加速器本体遮蔽体の周囲に各種電源、付帯設備を収納する。これらの配置は、加速器要素の今後の検討に従って、変更される。

Fig. 19；HFR 第一期建設計画
予算化されてからの建設期間は、最短で 4~5 年程度必要である。これ以前に、概念設計を行い、本計画の隘路となるテーマについては試作器などを使った検討が実施されているものとした。第二期に42/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

向けた超伝導電磁石、超伝導加速空胴は第一期建設と同時に、別途、試作機製作・製作を行い、技術的に確立しなくてはならない。

43/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

Photon Flux dependence on Ejected-Photon Energy
εe = 8GeV, B(SCM) = 8Tesla

1.E+14

Photon Flux [photons/s/0.1%BW/100mA/mrad]Threshold Energy of Pair Production
1.E+13

1.E+12

1.E+11

1.E+10

1.E+09

1.E+08
0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

Photon Energy [MeV]Fig. 1; Expected Photon Flux due to 8 Tesla Magnet with SPring-8 Storage Ring

44/62

4.0

HFRproposal_V4, 03/11/06

Photon-Positron Conversion Ratio

formulated by K. Soutome

0.6

0.5

Thickness of Tungsten Slab ;

10cm

5cm

Conversion Ratio

0.4

3cm
0.3

1cm
0.2

0.5cm
0.1

0.0
0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

Photon Energy [MeV]Fig. 2 ; Conversion Ratio of Photon to Positron with Tungsten Slab

45/62

5.0

HFRproposal_V4, 03/11/06

Integrand

by K. Soutome

εe=8GeV, B(SCW)=8T
2.0E+13

Thickness of Tungsten Slab ;
10cm

cm

1.5E+13

Integrand

3cm

1cm

1.0E+130.5cm

5.0E+12

0.0E+00
1

2

3

Photon Energy [MeV]Fig. 3; Estimated Conversion Process of Photon to Positron

46/62

4

HFRproposal_V4, 03/11/06

常伝導偏向電磁石 (0.9T, Leff=2.6m)

5ﾟ

超伝導偏向電磁石 (8.0T, Leff=0.2925m)

292.4072

2599.175

500mm

500mm

Fig. 4; Exchange Normal-conducting Bending-Magnet with Super-conducting Bending-Magnet

47/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

623.66 623.66
1200

590

500

2600

790
500

790
1200

590
500

623.66 623.66
2600

500

1200

Photon emission for pair production

292.4072
1208.3756

5 deg.
Axial Center of Lattice485.3278

227.4706

1010.2440

551.7938

501.1224

390.3323

219.4236

176.4818
26.7180

SC‑BM

Electron Orbit

NC‑BM

Q1

Q2

B

Q3

Q4

Q3

B

Q2

Q1

14854.64
単位；mme+BM̲2.zrd

March 2, 1999

Fig. 5; Interference Lattice Magnets with Photon emitted from Super-conducting Bending-Magnet.

48/62

5ﾟ

10 deg.

HFRproposal_V4, 03/11/06

Photon Energy dep. on Emitted Angle
Ee=8 GeV, k1=10.6µm
120

100

Photon Energy (MeV)

80

60

40

20

0
0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

Emitted Angle (mrad)Fig. 6; Emitted Laser-induced-Photon Energy produced with 8-GeV Electron and 10.6-µm Laser.

49/62

0.40

HFRproposal_V4, 03/11/06

Photon Energy dep. on Emitted Angle
Ee=8 GeV, k1=200nm
4000

3500

Photon Energy (MeV)

3000

2500

2000

1500

1000

500

0
0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

Emitted Angle (mrad)Fig. 7; Emitted Laser-induced-Photon Energy produced with 8-GeV Electron and 200-nm Laser.

50/62

0.40

HFRproposal_V4, 03/11/06

MeV Photon Cross Section
Ee=8 GeV, k1=10.6µm
0.7Cross Section in Small Corn (barn)

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0.0
0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

Emitted Angle (mrad)Fig. 8; Cross Section of MeV Photon in Small Corn produced with 8-GeV Electron and 10.6-µm Laser.

51/62

0.40

HFRproposal_V4, 03/11/06

GeV Photon Cross Section
Ee=8 GeV, k1=200nm
0.4

Cross Section in Small Corn (barn)

0.3

0.2

0.1

0.0
0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

Emitted Angle (mrad)Fig. 9; Cross Section of GeV Photon in Small Corn produced with 8-GeV Electron and 200-mm Laser.

52/62

0.40

HFRproposal_V4, 03/11/06

Maximum Energy of Laser-Electron Photon
Incident-Photon Dependence
1.E+0450eV
100eV

1.E+0310eV
200nm
488nm; He-Ne Laserεe =8GeV

500eV
1keV

10.6µm; CO2 Laser

1.E+02

Photon Energy (MeV)

41.7µm; CH3 OH Laser(CO2 laser induced)
1.E+011,000GHz

1.E+00100GHz1.E-0110GHz

1.E-021GHz

1.E-03
1.E+00

1.E+01

1.E+02

1.E+03

1.E+04

1.E+05

1.E+06

1.E+07

1.E+081.E+09Wavelength of Incident Photon (nm)Fig. 10; Maximum Energy of Laser-Electron Photon dependence on Incident Photon Energy.

53/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

High-Energy Photon induced by Backward-Compton-Scattering with X-ray
8.0

7.0

6.0

Photon Energy (GeV)Electron Energy; 8 GeVEmitted Angle; 0 deg
5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

0.0
0.001

0.01

0.1

1

Incident X-ray Energy (keV)

Fig. 11; High-Energy γ-Ray Production

54/62

10

100

EX = 100 eV
EX = 1 keV
EX = 10 keV

70%

50%
50%
70%

Fig. 12 Quasi-monochromatic energy distribution of -rays in high energy.
CBS.

HFRproposal_V4, 03/11/06

Cross Section of Giant ResonanceTarget; 181Ta

400

350

Eγ MAX=25.2 MeV
Eγ thres = 7.5 MeV

Cross Section (mb)

300

250

200

150

100

50

0
5

10

15

20

25

Photon Energy (MeV)

Fig. 13; Cross Section of Neutron Emission due to Giant Resonance of 181Ta

56/62

30

HFRproposal_V4, 03/11/06

Normal Operation Mode
Q1: +0.632138 [m-2 ]Q2: -0.649109 [m-2 ]Q3: -0.641468 [m-2 ]Q4: +0.668397 [m-2 ]Emittance: 16.75[nmrad] (8GeV)
Momentum Compaction Factor: +4.44×10-4“Negative-Alpha” Operation Mode
Q1: +0.658854 [m-2 ]Q2: -0.641012 [m-2 ]Q3: -0.500037 [m-2 ]Q4: +0.668397 [m-2 ]Emittance: 39.47[nmrad] (8GeV)
Momentum Compaction Factor: -1.24×10-4

Fig. 14; Lattice Survey of HFR

57/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

5.
R8

4 cells

0
11

8
81

59.42

14.85464

14.85464

14.85464

14.85464

14.85464

14.85464

44.56

3 cells

14.85464

C=742.732m (h=1,260)
104cavities/26klystrons
25m

Fig. 15; Outline of HFR

58/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

623.66 623.66

590

790

790

590

623.66 623.66

1200

500

2600

500

1200

500

2600

500

1200

Q1

Q2

B

Q3

Q4

Q3

B

Q2

Q1

14854.64
単位；mmFig. 16 Lattice Structure

59/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

2848.41200
440

688.41

200

440

440

440

真空排気口
640

1128.41640

1768.413x(RF wavelength)
単位；mmFig. 17; RF cavities installed.

60/62

HFRproposal_V4, 03/11/06

Gamma/Neutron
CM‑PS
Kly & Transmission

Mag. PS

Positron

冷却設備

RF‑PS
Low Level& RF制御Beam Monitor

冷却水設備

搬入口&Mag.PS

冷却水設備

冷却設備
RF‑PS

CM‑PS

Low Leve & RF制御

冷却水設備

10000

Beam Monitor
RF‑PS
冷却設備
10000

RF制御
Low Level

15000

8000

Mag. PS
14168

冷却水設備
15000

Kly & Trans.
33000

Fig. 18; Layout of HFR & Facilities

61/62

Pulse Mag.‑PS& CM‑PS
14168

Beam Monitor

Positron/Neutron

LowLevel& RF制御冷却設備

搬入口&Mag.PS

Gamma

Kly & Trans

RF‑PS

CM‑PS

Kly & Transmission

Beam Monitor

HFRproposal_V4, 03/11/06

HFR Construction Schedule

1998, October 02, Yoneh rev. 2000. September 18

B.C.
1st Year
2nd Year
3rd Year
4th Year## ## ## ## ## 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

Title
1.建屋

要求まとめ
基本設計

1)建屋
本体室
電源室

実施設計
実施設計

BT本体室
遮蔽壁接続

基礎工事
実施設計

建設工事 残工事

基礎工事 建設工事 残工事
許可申請合格
受電開始

基本設計(建屋へ１次要求）実施設計(建屋修正)
基本設計(建屋へ１次要求）実施設計(建屋修正)
基本設計(建屋へ１次要求）実施設計(建屋修正)
要求まとめ

建屋電力設備
空調設備
排風・換気設備
2)ﾕｰﾃｨﾘﾃｨ設備
1.受配電設備

設置
運転開始
設置
運転開始
設置

基本設計(建屋へ１次要求）実施設計(建屋修正)
基本設計(建屋へ１次要求）実施設計(建屋修正)

2.冷却設備3)安全管理設備
入退室管理
ｲﾝﾀｰﾛｯｸ設備
安全管理

入射器は、SPring-8既存の入射系加速器群を使用する。
ﾋﾞｰﾑ損失を補うためTop-Up運転を常態とし、Full Energy Injectionとする。
HFR運転を早期実現するため、放射線発生装置運転許可を２段階に申請する。
運転当初は、常伝導型空洞のみ使用する。
e+生成用SC-BMは、運転当初には使用しない。
本工程は計画･検討を具体的に行うための試案である。現実的なことを考えると、建設のために、さらに２〜３年必要であろう。従って、
Low Current Phaseの達成は、本表より２〜３年延びる。

1st Step (200mA Low Current Phase)

2nd Step
HFR Phase

8 GeV, >40mA

設置
設置

施設検査

合格/運転

基本設計(建屋へ１次要求）
安全設備試験
遮蔽構造設計

2.機器
概念設計

基本

実施設計

総合試験運転1)ﾗﾃｨｽ電磁石

基本設計(ラティス構造＆磁場計算等)
詳細設計(設計図)
製作
材料手配
超伝導偏向電磁石
概念設計(e+production yield等評価含)or超伝導ｳｨｸﾞﾗ
磁石&冷却系;基本設計+ 電源
先行･試験機;設計 発注
SPring-8 SC Wiggler (e+生成実証試験)の実施設計･図ﾃｽﾄｽﾀﾝﾄﾞが使用できることを前提とする。
材料手配

１号機納入
磁場測定

磁場ﾃﾞｰﾀ整理
配置点床に記載搬入･粗配置
ﾃﾞｰﾀ整理
ﾃﾞｰﾀ整理
精密据付
精密据付
精密据付

製作
冷却&励磁･磁場分布ﾃｽﾄ
性能評価･まとめ、実機検討+ ﾀｰｹﾞｯﾄｼｽﾃﾑ

発注

製作
ﾃｽﾄ

2)電磁石電源基本設計
詳細設計(設計図)

製作
材料手配

3)ビームモニタ

ﾓﾆﾀ選考

納入･据付

通電試験

搬入･据付

真空立上

基本設計(設置場所＆機種;真空槽への要求)
性能評価(ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝなど、処理回路含む)
設計（真空槽組込型優先)
製作
ﾍﾞﾝﾁﾃｽﾄ新ﾓﾆﾀ検討(設置ｽﾍﾟｰｽ確保)
設計（真空槽組込型優先)
製作
ﾍﾞﾝﾁﾃｽﾄ4)真空系
1.ビームダクト

概念設計(ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ等 基本設計

2.真空排気系

取り合い調整試作・形状性能評価
組上設計

設計

製作

発注
一部納入

5)RF加速設備
1.空胴

納入

据付

設計(建屋形状含む);当初は従来品のみ
製作図･ﾊﾟﾜｰ計画 発注 設計･検討/承認(常伝導型空洞)
材料手配
RFﾃｽﾄｽﾀﾝﾄﾞ

2.電源

機種選定

発注

1号機納入(3台/月)
大電力ﾃｽﾄ

搬入･据付

真空立上
試験運転

材料手配

RFｴｰｼﾞﾝｸﾞ
製作
据付

3.ｸﾗｲｽﾄﾛﾝ

機種選定

回路組上･調整電波管理局運転許可

発注
材料手配
製作

製作
据付

4.温調系

機種選定

発注

試験
材料手配
製作
据付

超伝導加速空胴概念設計
基本設計(場計算、高次ﾓｰﾄﾞ等含)+ RF電源先行･試験機設計
SC‑RF CavityはSPring‑8ﾘﾝｸﾞSC‑RFをﾍﾞｰｽにすることを前提。ﾃｽﾄｽﾀﾝﾄﾞは
既存設備が使用できること。
6)入射系(Top-Up運転を前提)

入射;概念設計(入射起動など)
各機磁場設計 発注

発注

実機設計

実施設計
材料手配

概念設計

軌道設計･磁石ｽﾍﾟｯｸ 発注

実機設計

冷却&大電力試験
試験まとめ､性能評価
実機設計

製作
磁場測定

7)BT系

製作

搬入･粗配置製作
磁場測定
搬入･粗配置8)ﾀｲﾐﾝｸﾞ制御設備
9)計算機制御設備

概念設計
実施設計

発注

実機設計

実施設計

H/W，S/W設計

製作

発注

設置･配線

回路調整

設置･配線

制御系調整

S/W製作

Fig. 19; 1st Phase of HFR Construction Schedule

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GUI動作試験
総合運転試験