Proceedings of the 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (August 6-8, 2008, Higashihiroshima, Japan)

Linac and Laser 2008 at University of Tokyo, Professional school,A)

M. Uesaka1A)

A)

A)

A)

A)

A)

, K. Koyama , A. Sakumi , T. Ueda , A. Yamazaki , F. Sakamoto , E. Hashimoto ,A)

A)

A)

A)

A)

A)

A)

A)

A. Maekawa , T. Yamamoto , T. Natsui , K. Li , Y. Taniguchi , H. Taguchi ,K. Miyoshi , K. Kanbe ,A)

A)

B)

C)

Y. Muroya , Y. Katsumura , T. Hosokai , A. ZhidkovA), M. YamamotoD),N. Nakamura

D),E. TanabeD)

Nuclear Professional School, School of Engineering, University of Tokyo
2-22 Shirane-shirakata, Tokai, Naka, Ibaraki, 319-1188, JapanB)

Tokyo Institute of Technology
2-12-1 O-Okayama, Meguro-ku, Tokyo, 152-8550, Japan
C)

Central Research Institute of Electric Power Industry.
2-11-1, Iwado-kita, Komae, Tokyo 201-8511, JapanD)

Accuthera Inc.
2-7-6 Kurigi, Asao, Kawasaki, Kanagawa 215-0033
Abstract
We have been developing a compact-sized cartridge-type cathode exchanging system installed in BNL-type IV
photocathode RF gun. We propose the Na2KSb cathode, which has the possibility to drive by visible light of 400 nm(violet range). We tested the cathode and obtained the quantum efficiency of 1% at the wavelength of 266nm. The
lifetime of T1/2 is more than 100 hours surrounded at the vacuum pressure of 2*10-8 Torr.
We are also developing a compact Compton scattering X-ray source to apply to the medical application. X-band(11.424GHz) 3.5-cell thermionic cathode RF electron gun is adopted as an electron beam injector. We chose Nd: YAG
laser which can switch a wavelength and energy (532 nm/ 1.4J, 1064nm/ 2J) as a photon source to collide the electron
beam. New two key ideas are contained in a new gun. First, choke structure is adopted as an RF interceptor, whichallows spring to have only to role as a stabilizer of the cathode rod, therefore stable operation will realize. Second,cylindrical waveguide is adopted as the coupler for feeding RF to the cavity. It also enables the gun to operate with few
RF problems. In this presentation, we will report the details of new X-band thermionic cathode RF-gun andexperimental results on cavity property measurement.
We are developing non-destructive testing (NDT) system with 9.4 GHz X-band Linac. This system adopts low power
magnetron for RF source, so total size is very compact. Now, we start beam measurement, X-ray generation and X-rayimaging test. In this paper, we describe the detail result of these experiments.

東大原子力ライナック・レーザー施設現状報告2008
１．はじめに
３．Sバンドツインライナック

東大原子力専攻では、Sバンドツインライナック、レーザープラズマライナックXバンド医療用小型ラNa2KSbは光電子増倍管で 使わ れて い る カ ソ ード でイナックと非破壊検査用950keVライナックを設置しあ り 、 400nmで 最大の 量子効率を 誇り 、 Ti:Saレ ーている。
ザーの 2倍波で 駆動可能であ る 。 図１ にカ ソ ード のSバンドツインライナックは全国共同利用マシン
量子効率の 波長依存性を 示す。 カ ソ ード の こ の カとして、これまで同様、ピコ秒・サブピコ秒時間領ソ ード 材質を モリ ブデン ベース 上に生成し 、 フ ォ ト域の放射線化学実験[1]に用いられるとともに、医カ ソ ード RF電子銃に イ ン ス ト ールし 試験を 行っ た 。
療用小型加速器要素技術開発、極短パルス測定の為試験では266nmの波長で寿命テ ス ト ま で行っ た 。の要素試験の利用が行われるようになった。
エ ージ ン グ ののち 量子効率が 1%[2]で あ っ た 。 続
いて 寿命特性試験を 行っ た 。 加速器の電子源と し て
２．共同利用状況
使用し て いく 場合、 カ ソ ード の寿命が問題と な っ て
く る 。 寿命が短いカ ソ ード では電流量の不安定性、平成20年度は新規課題1つを含む合計11個の共同利
メ ン テ ナン ス 回数の増大が見込ま れ、 使用に不都合用課題が採択された。内、ビーム物理系4件、利用が生じ る 。
系7件である。表1に課題一覧を示す。
1

E-mail: uesaka@nuclear.jp-37-

Proceedings of the 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (August 6-8, 2008, Higashihiroshima, Japan)

表１：平成20年度共同利用課題一覧
採番

テーマ名代表者

L-1

水溶液の放射線効果の研究

勝村庸介 （東京大学）

L-2

パルス＆プローブ法を用いる超高速反応の研究

勝村庸介 （東京大学）L-3

天然高分子材料等の放射線化学反応機構

工藤久明 （東京大学）

L-4

多結晶ルビー（アルミナ蛍光板）の発光特性

高橋浩之 （東京大学）

L-5

高速応答シンチレーターの開発と性能評価

浅井圭介 （東北大学）

L-6

医療用小型加速器要素技術試験

浦川順治 （高エネ研）

L-7

高温・超臨界溶媒の放射線化学

勝村庸介 (東京大学)

L-8

フォトカソードRF電子銃の高性能化

熊谷教孝（JASRI/SPring8）

L-9

レーザープラズママルチビーム研究上坂充 （東京大学）

L-10

単色エネルギー可変硬X線源の応用研究

上坂充 （東京大学）

L-11

可搬型小型X線源を用いた非破壊検査応用研究

上坂充 （東京大学）

我 々 の 装 置 の 真 空 度 は 真 空 ポ ン プ 付 近 で 2*10Torr 、 端 板 後 方 の カ ソ ー ド 挿 入 口 で 2*10-8Torr で
あ っ た 。 RFガ ン キ ャ ビ テ ィ は奥ま っ た 構造を し ており 、 そ れよ り 真空度が 悪い の が 見込ま れる 。 カソ ード プラ グ 挿入後多数の放電が観測さ れ、 イ オン
ポ ン プ に おい て 4*10-8Torr以下に 落ち る こ と も 多数
あ っ た 。 そ の よ う な 真空度に おけ る Na2KSbカ ソ ード の寿命特性を 図２ に示す。 カ ソ ード の寿命が24時間以内で 急激におち 0.5%ま で減衰する 時間は100時間で あ っ た 。 そ の後量子効率の落ち が減速し 、 280時間後に当初の1/5の量子効率（ T(1/5)） に到達、 その後安定し た 。 図６ にRFの印加時も 示す。 劣化が加速器を 止めた 3日間での劣化が特に激し く 、 RF
印加によ る も のだけではな いこ と がわかる 。
9

図１ Na2KSb の量子効率の波長依存性

４．レーザープラズマライナック

図２ Na2KSb 寿命試験。四角は RF 印加を示す。

Intensity

レーザープラズマ相互作用によって高エネルギー、B ＝0 .2 0 T
短パルス、低エミッタンス、単色な高品質電子ビー
B ＝0EE
ムを生成する安定でコンパクトなレーザープラズマ加速器を実現するために、東大12TWレーザーを用いてレーザープラズマカソードの研究を行っている。
レーザープラズマ電子源の現在の課題は安定性とビーム品質の向上である。ガス 標的のメ イ ン レ ー3.6 mm
ザー進行方向軸に沿っ て 外部磁場を 印加する 。 発生(FWHM)
し た 電子の分布を 下流に設置さ れた 蛍光ス ク リ ーン
60 mm
-30
030 [mm]で観測する 。 磁場を オン オフ する こ と で磁場の影響を 調べる 。 図3はス ク リ ーン 上での電子発生分布で
図３ ： DRZ上での電子ビ ーム プロ フ ァ イ ル
あ る 。 磁場(B=0)において は発散は約60mmと 広がって いる 。 磁場(B=0.2T)において はス ク リ ーン 上での医療応用を目指したコンプトン散乱単色X線源で電子分布は3.6mmと 指向性が劇的に向上する 。 ま た 、 は、電子銃カソード部分におけるRF遮断およびのタ
こ の際の電子発生はシ ョ ッ ト ご と のばら つき が抑制
ングステン製スプリング破損問題を解決するために，さ れ、 安定化さ れる [3]カソード部分にRFを遮断するチョーク構造を採用した新規電子銃を設計した。図４に新規電子銃見取図を示す。新規電子銃の設計に際しては、大きく2つの改良点がある。第一に、カソードへのRF遮断構造としてチョーク構造を採用したこと．第二に，カ５．Ｘバンドライナック
5.1

コンプトン散乱単色X線源-38-

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プラ構造を従来の同軸構造を廃して、円形導波管構造に変更したことである。従来の同軸導波路構造よりも簡素な構造で、十分なRF供給が可能である。
カプラと空洞に現電子銃を用いて、チョーク構造を導入したものによる試験を行った。低電力のRFを電子銃に供給し、チョーク構造を用いても空洞内にRFが供給されることが確認された(図5) [4]。

カプラー
3.5Cell空洞

カソードロッド

5.2 非破壊検査ライナック
最大エネルギー950 keVのX-band Linacを用いた可搬型非破壊検査装置の開発を行ってきている。
本装置の非破壊検査への応用として、インペラなどの回転機の回転を止めることなく同期を取り、リアルタイム静止画取得できる装置としての応用も検討している。図６に回転機リアルタイム撮像の概念
図を示す[5]。被写体がドライヤにおける撮像映像
を図７に示す。

ソレノイド
図４ 新規電子銃見取図

６．今後の展開Sバン ド ラ イ ナッ ク で はマ ルチア ルカ リ カ ソ ードの長寿命化を 試みる 。 レ ーザープラ ズ マラ イ ナッ ク
は、 さ ら にプリ プラ ズ マ状態の制御と 最適化を 行い、
レ ーザープラ ズ マカ ソ ード の高度化を 目指す。 単色
コ ン プト ン 散乱X線源では新規電子銃の特性を 低電力， 高電力の各条件下で行い， 単色X線源に導入する 予定であ る 。 非破壊検査ラ イ ナッ ク では電子ビ ー
ム ・ X線の詳細測定な ら びに X線撮像を 行っ て いく 。

図５ カ ソ ード 導入現電子銃空洞内RFパルス 波形

参考文献[1] Y. Muroya, T. Watanabe, G. Wu, Xi. Li, T. Kobayasi,
J. Sugahara, T. Ueda, M. Uesaka and Y. Katsumura,Radiation Physics and Chemistry, 60 (2001) pp. 307312[2] A. Sakumi et al., “Comissioning of Alkali-antimonide
photocathode at U-tokyo RF gun” 当学会で発表[3] A. Yamazaki et al., “Experimental study on
femtosecond electron generation by laser plasma
cathode.” 当学会で発表[4]Y. Taniguchi et al., “Development of X-band
Thermionic RF Electron Gun using Choke
Structure.” 当学会で発表[5] T. Yamamoto et al., “X-RAY IMAGING TESTUSING 950 KEV X-BAND LINAC BASED NDTSYSTEM” 当学会で発表

図６：リアルタイム撮像系概念図

図７：イメージングプレートによる取得画像-39-