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KEK小型電子加速器(LUCX)の 加速器状況報告
KEK 福田 将史
2013/10/15 1 光・量子融合連携研究開発プログラム第3回全体会議 @ 広島大学
ＬＵＣＸで行う実験
2013/10/15 光・量子融合連携研究開発プログラム第3回全体会議 @ 広島大学 2
小型電子加速器(LUCX)では、逆コンプトン散乱を利用した小型X線源の開発を行っている。
今年度からの光・量子融合連携研究開発プログラムでは、Ｘ線検出器開発やＸ線イメージング手法開発のための実験を行う。 この発表では主に加速器の状況報告を行う。
e-‐ beam
3.6cell RF-‐gun
12cell 定在波加速管
4枚ミラー平面光共振器
Ｘ線検出器
小型電子加速器ビームライン
2013/10/15 光・量子融合連携研究開発プログラム第3回全体会議 @ 広島大学 3 2013/1/29
B
B B Q
Q Q Q
3m S-‐band accelerator
B
B B Q
Q Q Q Q
Q: 四極電磁石 B: 偏向電磁石
12cell booster
1.6cell rf-‐gun
3.6cell rf-‐gun
Chicane
衝突点
2枚ミラー光共振器
4枚ミラー平面光共振器
e-‐ beam, 30MeV
アップグレード前
アップグレード後
1m
電子ビーム 3.6cell rf-‐gun, 12cell 定在波加速管の導入により加速器部分の小型化。 バンチ数を10倍の1000バンチまで増やす。ビームサイズを33umと約半分にする。
レーザー蓄積装置 4枚ミラー平面光共振器へ変更。共振器長を伸ばし、ミラー上のサイズを広げた。 →ミラーのダメージ閾値による制限を緩和→蓄積パワーを上げる(400uJ→6mJ) 衝突角度を20deg → 7.5deg
X-‐ray
X-‐ray
3.6cell rf-‐gun
2013/10/15 4
Cathode plug
e-‐ beam
UV laser (266nm)
Cathode Cs2Te
Tuner
RF Input Waveguide
100mm
Frequency (π-‐mode) 2856 MHz Qvalue 15000 Coupling β 0.99 R/Q 395Ω Mode separa]on (π-‐2π/3) 2.8 MHz
光・量子融合連携研究開発プログラム第3回全体会議 @ 広島大学
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
0
2
4
6
8
10
12
-20 0 20 40 60 80 100 120 140
Bea
m C
harg
e [n
C] B
eam E
nergy [MeV
]
Phase [deg]
Charge Energy
Input RF Power : 21MW (96MV/m at the cathode)
12cell 定在波加速管
2013/10/15 5
100mm
RF Input Waveguide
Frequency (π-‐mode) : 2856 MHz Qvalue : 17800 Coupling β 1.1 R/Q 420Ω Mode separa]on (π-‐10π/11) : 1 MHz
昨年7月に完成。 ここで、10MeVのビームを30MeVまで加速
光・量子融合連携研究開発プログラム第3回全体会議 @ 広島大学
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 100 200 300 400 500 600 700 800
ビーム軸上の電場分布
2013/10/15
計算値 測定値
4枚ミラー平面光共振器
2013/10/15 光・量子融合連携研究開発プログラム第3回全体会議 @ 広島大学 6
e-‐ beam
Laser
Laser
6
Storage peak power 6mJ/pulse Waist size(1σ) 50um X 25 um Size on Mirrors(1σ) 2.9mm X 6.4mm Finesse 1000 Enhancemnt factor 500 Cavity length 1893mm Pulse length (FWHM) 7ps Collision angle 7.5deg
ミラー上のサイズを広げて蓄積できるパワーを向上させる。 ミラーのダメージ閾値で蓄積パワーが制限されていたため。
4枚ミラー平面光共振器
詳しい説明は 坂上君が報告。
タイミングシステム
2013/10/15 光・量子融合連携研究開発プログラム第3回全体会議 @ 広島大学 7 日本物理学会 第68回年次大会
LUCXでは、レーザー共振器の 周回周波数を マスタークロックとしている。 共振器長は0.2nmの精度で 制御する必要があり、 共鳴保持と加速器RFへの同期 を同時に行うことは難しいため。
予想Ｘ線数
2013/10/15 8
< 4.2mrad
Total
Laser (in Cavity) λ = 1064 nm (1.17eV)
6mJ/bunch σx, σy = 50μm, 25μm
7ps(FWHM)
e-‐ beam 30MeV
0.5nC/bunch σx, σy = 33μm, 33μm
15ps(FWHM) 1000 bunches/train
Energy Intensity Beam size Pulse width Number of bunch
検出器に入る個数 ( < 4.2mrad) 1.7x107photons/train (10%BW)
衝突点のビームサイズ: (σx, σy) = (33μm, 33μm)
光・量子融合連携研究開発プログラム第3回全体会議 @ 広島大学
X線実験時の電子ビーム
2013/10/15 光・量子融合連携研究開発プログラム第3回全体会議 @ 広島大学 9
現在、X線実験は24MeV, 380nC, 300bunchesで行っている。 もう少しエネルギーは上げられるが、放電頻度が高いため24MeVに下げている。
CP1G OTR
σx: 78um σy: 58um
EmitX: 3.6π EmitY: 5.3π
放電頻度は30-‐60分に1回くらい。
1hour
マルチバンチビームの調整
2013/10/15 光・量子融合連携研究開発プログラム第3回全体会議 @ 広島大学 10
Energy [MeV]
Current [nC/pulse]
Num of bunch
SigX [um]
SigY [um]
EmitX [mm mrad]
EmitY [mm mrad]
24 380 300 80 60 3.6π 5.3π
27 380 300 75 50 4.4π 5.4π
28 260 200 70 50 4.5π 7.0π
27, 28MeV運転での調整も行っている。 まだ放電頻度が10-‐20分に1回と高いため、X線実験では使用していない。
今後の予定
• まとめと今後 – 現在、X線実験時は24MeV, 380nC, 300バンチで運転している。また、
27MeV, 300バンチ、および28MeV, 200バンチ運転で調整中。 – 今後は30MeVまでエネルギーを上げる、およびバンチ数を増やすこと
を優先してビーム調整を行っていく予定。 – このためにはRFパワーを上げ、パルス幅を伸ばす必要があるため、
RF agingを続けていく。 – X線実験時のパワーはGun 15MW, 2.0us および 加速管 30MW,
2.1us。28MeV運転では Gun 17MW, 1.7usおよび 加速管40MW, 1.8us。
– 30MeVを出すためには Gun 21MW, 加速管 46MWまで上げる必要がある。 (Gun 9.5MeV, ACC +20.5MeV)
– 今年度は1000バンチ達成が目標のため、RFのパルス幅は4.0usまで伸ばすことを目指す。
• 4枚ミラー平面光共振器、X線実験については、次の坂上君の発表で報告。
2013/10/15 光・量子融合連携研究開発プログラム第3回全体会議 @ 広島大学 11
