放射光源加速器の性能向上と開発

高いエネルギーまで加速された電子を磁場で曲げると、赤外線からX線にわたる幅広い波長をもつ放射光と呼ばれる光を放出します。 この光を物質に反 射させたり透過させることによって、物質を構成する分子や原子の配列や電子状態などさまざまな特性を測定することが出来ます。 この放射光を発生させるため のリング型加速器の研究開発を行っています。

 

目的・ビジョン

KEKでは2つの光源加速器が稼働中です。 1つはエネルギーが2.5ギガ電子ボルトの電子を蓄積しているPF-Ring(Photon Factory)、もう1つは6.5ギガ電子ボルトの電子を蓄積しているPF-AR(PF-Advanced Ring)です。 それぞれの加速器の特性を活かして様々なユーザー実験が行われています。 2つの加速器の性能を高める研究と並行して、既存の加速器では到達不可能な超高輝度・短パルス光源を実現するため、エネルギー回収型リニアック(ERL)の研究開発も行っています。

 

概要

PFリングの歴史は古く、1982年に放射光の取り出しに成功していらい約30年近くにわたって放射光科学および加速器科学の発展におおきな役割を果たしてきました。 加速器は1周187mの長さをもち、そこに2.5GeVのエネルギーをもつ電子を蓄積しています。 このような高いエネルギーをもった電 子を電磁石で曲げたときに発生する放射光は、その高輝度性や偏光特性などから今やさまざまな研究分野において必要不可欠なツールとなっており全国の大学や研究所、企業などの共同利用施設として運用されています。

 

光源加速器にたずさわっている研究者は単に加速器の運転維持をおこなっているのではありません。 より微細な構造を短時間に測定するためには電子ビームのサイズをできるだけ小さく絞る高輝度化(1997年)が必須でした。 また、アンジュレータ に代表される挿入光源の研究もおこなってきており、世界で最初に真空中に永久電磁石列をおいて強い放射光を発生させる装置の実現などを行ってきました。

 

また、電子ビームが加速器のなかで不安定になってしまう現象があり、これを理論と実験の両面から解明するための研究のほか、いろいろな分野にわたる研究開発をおこなっています。 近年では蓄積している電流値を一定にするトップアップ入射も実現され、さらなる性能向上のための努力をおこなっています。

 

一方で、蓄積型の加速器では電子を長時間保持するためにどうしてもビームサイズの広がりが大きくなってしまいます。 そこで既存の蓄積リング型光源では到達不可能な、超高輝度・短パルスの光源を実現するためのエネルギー回収型リニアック(ERL)の研究開発も行っており、輝度を2~3桁、パルス幅も2~3桁短 くすることが可能となります。 このERL実現を目指して電子銃や超伝導加速空洞の開発、そして理論研究などをおこなっています。

 

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