• T. Watanabe, S. Sasaki, T. Fujita, H. Yonehara, H. Ohkuma
  高輝度光科学研究センター
• A. Sakumi, T. Ueda, K. Miyoshi, K. Kambe, M. Uesaka
  東京大学大学院工学系研究科

非破壊電流値測定器として広く用いられているCurrent Transformer（CT）は、原理的にはバンチ長に依存しないことが予想されるが、フェムト秒オーダーの電子バンチを発生させるプラズマ加速などの分野において、その信頼性を証明するための実証試験が行われ、是非の議論が行われている。我々JASRI/SPring-8においても、将来発生・利用が予想されるフェムト秒電子バンチに対するCTの応答を実験的に調べ、Evidenceを得たいと考えている。そこで、フェムト秒からピコ秒領域の電子バンチ発生および測定が可能な東京大学ライナック（東海村）を利用し、その実証実験を行った。 本発表ではその結果を示し、極短電子バンチに対するCTの有用性・信頼性について議論する。

• A. Maekawa, M. Uesaka
  東京大学工学系研究科原子力専攻
• H. Tomizawa
  高輝度光科学研究センター
• S. Matsubara
  理化学研究所

XFELにおいて30fs(FWHM)の極短電子バンチの計測を行うため、電気光学効果を用いた非破壊・リアルタイム・シングルショットのフェムト秒３次元（縦・横方向）バンチ形状モニタを開発している。横方向分布計測に必要となるラジアル偏光円環レーザー生成の基礎実験は完了し、現在は高時間分解能を達成する上で必須となる白色(>400nm)レーザーパルスの生成を行っている。フォトニック結晶ファイバを用いて生成しNOPAによって増幅した白色光のスペクトルをDAZZLERで補正することで、線形チャープ・矩形スペクトルをもつプローブレーザーをEO結晶へと輸送する。更に、高速の時間応答性を持つ有機EO結晶のオフラインでの評価試験も進めている。その他、バンチ形状モニタの要素技術開発の現状についても報告する。

• T. Natsui, Y. Taniguchi, A. Mori, T. Yamamoto, E. Hashimoto, K. Lee, M. Uesaka
  東京大学工学系研究科原子力専攻
• F. Sakamoto
  秋田高専電気情報工学科
• M. Yoshida
  高エネルギー加速器研究機構

東京大学原子力専攻では医療用X線発生装置であるX-band 11.424 GHz linac装置の開発を行っている．この装置はRF gunで発生させた電子ビームを進行波型の加速管で30 MeVのエネルギーに加速し，レーザーと衝突させることにより逆コンプトン散乱X線を得る．この装置において，RF gunから正常に電子ビームが発生されないということが以前問題になっていた．そこで，昨年度このgunを設計し直し，構造を大幅に改良したものを作製した．このgunを使った実験では良好な電子ビーム発生が確認でき，加速管によるビーム加速も成功し，電子ビームの優位な電流量が計測された．本発表ではgun構造改良の詳細と実験結果について説明する．

• M. Uesaka, K. Koyama, A. Sakumi, T. Ueda, A. Yamazaki, E. Hashimoto, A. Maekawa, T. Yamamoto, T. Natsui, K. Lee, K. Miyoshi, K. Kambe, A. Mori, S. Hirai, Y. Muroya, Y. Katsumura
  東京大学大学院工学系研究科原子力専攻
• F. Sakamoto
  秋田高専電気情報工学科
• T. Hosokai
  大阪大学大学院光科学センター
• A. Zhidkov
  電力中央研究所
• N. Nakamura, M. Yamamoto, J. Kusano, A. Itoh
  株式会社アキュセラ
• E. Tanabe
  東京大学大学院工学系研究科原子力専攻, 株式会社アキュセラ

東大原子力専攻ではSバンドツインライナック,Ｘバンドライナック2台,レーザープラズマライナックを全国共同利用に供し,今年度は14件のテーマが実施されている.SバンドツインライナックのフォトカソードRFガンでは、カートリッジ式カソード交換システムを用いて266nmの波長でRFガンにインストールした際1%の量子効率が得られた.コンプトン散乱単色X線源では,電子銃RF遮断及びタングステン製スプリング破損問題を解決するため，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,2MeV,40mAを記録した.950keVＸバンドでは準2色Ｘ線による物質識別試験を行っている.また,原子力状態監視保全応用を狙ったポンプベアリングの同期透視静止画像取得試験を行っている.レーザー加速ではレーザー集光点付近のプレプラズマ形状の制御結果高指向,大電荷量の電子ビームを発生させることに成功した.

• K. Lee, T. Natsui, E. Hashimoto, A. Mori, S. Hirai, M. Uesaka
  東京大学工学系研究科原子力国際専攻
• H. Nakata, M. Naitou, N. Kamagami
  IHI 検査計測

現在，東京大学原子力専攻では日本原子力研究開発機構等と共同で950keVXバンドライナック準2色Ｘ線源による物質評価システムを開発している。この装置は核物質を含めて違法性の高い重元素物質を検出しようとする世界各国の要求に応じた物である。高エネルギーX線が得られるコンパクトなX-bandライナックと二つの透過率の画像が得られる準2色X線シンチレータアレイを用いて小型で迅速に検査できる装置の開発を目指している。本研究では特にディテクター側である準2色X線シンチレータアレイの基本設計とそれに従うシミュレーション結果を発表する。

• A. Maekawa, M. Uesaka
  東京大学大学院工学系研究科原子力専攻
• H. Tomizawa
  高輝度光科学研究センター

現在建設中のXFELでは、30fs（FWHM）の極短・低エミッタンス電子バンチ生成とアンジュレータへの正確な輸送が必要とされる。安定なSASE発振のために、XFEL運転中にフェムト秒電子バンチの３次元形状（縦・横方向分布）を電気光学（Electro-Optic）効果によって非破壊・リアルタイム・シングルショットで計測するモニタの設計開発を行っている。フェムト秒の高時間分解能を達成するために白色(>400nm)レーザーパルスと高速の時間応答性を持つ有機EO結晶及びアモルファス型カーEO結晶を、横方向分布計測のためにラジアル偏光円環レーザーをそれぞれ活用する。この３次元バンチ形状計測について、概念設計の詳細と主要構成要素の開発状況、数値計算による時間・空間分解能の見積の結果について報告する。

• T. Yamamoto, M. Uesaka
  東京大学大学院工学系研究科原子力専攻
• M. Yoshida, S. Fukuda, S. Matsumoto
  高エネルギー加速器研究機構

現在東京大学大学院工学系研究科原子力専攻において 試験を行っている非破壊検査用9.4 GHz X-band Linacに 使用している高周波源はマグネトロンである。このマグネトロンは レーダー用に用いられるものであり、出力も小さく小型であるため、 装置全体を可搬型にできるメリットがある。 しかし、自励発振器であるマグネトロンは発振状態が不安定になることがあり、 X線強度が不安定になる可能性がある。 そこで、安定かつ小型な高周波源としてマルチビームクライストロンの採用を検討している。 マルチビームクライストロンは複数の電子銃を使うため、高出力であっても低電圧の陰極で 高周波を誘起できる。 我々は、将来的な産業・医療用小型加速器のために2 MWクラスのマルチビームクライストロンの 設計を開始した。本発表では、設計現状の報告を行う。

• M. Yamamoto, N. Nakamura, T. Itou, J. Kusano, E. Tanabe
  (株)アキュセラ
• M. Uesaka
  東京大学大学院工学系研究科原子力専攻

ロボット搭載型のがん治療に使う加速器は，十分なビーム強度を維持しつつ，重量・サイズとも可能な限り小さくする必要がある．そのために，我々は，電子銃から加速管出口まで約 0.5[m]，ビーム出力 6[MeV]，100[mA]のXバンドの小型加速器を開発進めている．RF源は1.5[MW]のマグネトロンで，導波管長は約0.7[m]で，パルストランス以降の機器が実験テーブルに載せることができる寸法となっている．昨年度，実証機を開発して，5.5[MeV]，100[mA]の出力を確認している．ここでは，設計・製作の状況とビーム試験の結果について簡単に報告する．

• K. Koyama, A. Yamazaki, A. Maekawa, M. Uesaka
  東京大学大学院工学研究科原子力国際専攻
• M. Miyashita
  東京理科大学/住友重工
• T. Hosokai
  東京工業大学/大阪大学

レーザー・プラズマ電子加速は数mmの長さで100MeVの電子加速が可能である。５年前にモノエネルギーの電子加速に成功したが、加速エネルギー、エネルギー幅などの安定性に欠けていた。その原因は加速される初期電子を背景プラズマから成り行きに任せて供給しているために初期エネルギーと供給位置が定まらない事にある。初期電子の人為的供給の方法はいくつか提案と実験がなされているが、我々は単純なシステムの方が実用に当たって好ましいと考え，プラズマ波の伝播経路に沿ってプラズマ密度に段差を作りそこでのプラズマ波の破壊による初期電子入射の方法を開発・試験した。プラズマ密度は初期の中性ガス密度にほぼ比例するので、超音速流の端においた偏向板で斜め衝撃波を発生させて密度ジャンプを作った。レーザーのプレパルスが10^-6以下で斜め衝撃波を発生させた場合に数十MeVに加速された電子が観測されるという予想通りの結果を得た。

• T. Hosokai
  東京工業大学/大阪大学
• A. Zhidkov
  電力中央研究所
• R. Kodama
  大阪大学大学院工学研究科　大阪大学光科学センター
• J. Yamazaki
  総合研究大学院大学
• K. Koyama, M. Uesaka
  東京大学大学院工学系研究科原子力国際専攻

レーザー航跡場電子加速スキームを用いて、高エネルギー、大チャージ、極短バンチ、準単色、低エミッタンスの電子ビームを安定に生成することを目指し研究開発を進めてきた。これまでにプラズマ発生部に弱い外部磁場を印加することによって、ビームの電荷量、指向性、ポジション安定性が劇的に改善することを実証した。さらに、外部磁場と同軸伝播するレーザーパルスでプラズママイクロオプティクスを過渡的に形成し高強度レーザーパルスの伝播を制御することを考案した。これにより電子入射部と加速チャネル部からなる2段階加速スキームを実現し、良好なエミッタンス（〜0.02πmmmrad）と高いポジション安定性を維持しながら、電子ビームの高エネルギー化と準単色化（〜100MeV,ΔE/E〜10％）を同時に達成した。加えて、７TW50fsの卓上レーザーを用いて〜0.4GeVの準単色電子ビーム発生も確認した。

• K. Miyoshi, K. Kambe, M. Uesaka
  東京大学大学院工学系研究科原子力国際専攻
• T. Ueda
  東京大学大学院工学系研究科原子力専攻
• A. Sakumi
  亀田メディカルセンター

東京大学18MeVライナックでは光陰極高周波電子銃の研究開発を行っている。光陰極として可視光レーザーで駆動できる程度の仕事関数をもつNa2KSbを用いていることに大きな特徴があり、パルスあたり数nCという大電荷量を長時間供給できるような高輝度電子源として期待されている。本発表では、Na2KSb光陰極の紫外光及び可視光レーザーによるビーム発生試験結果を報告する。また、東京大学ライナック研究施設では、電子ビーム応用実験に向けて大電荷・短パルスのビーム発生試験も行っている。シケイン型磁気パルス圧縮器を用いた数100pC~数pCの電子バンチのパルス圧縮実験では、電荷量500pC,1.5nCのそれぞれについて、ストリークカメラによるパルス幅計測値として600fs,1.3psを達成した。それらの結果を合わせて報告する。

• K. Kambe, K. Miyoshi, A. Sakumi, T. Ueda, M. Uesaka
  東京大学大学院工学系研究科原子力国際専攻

東京大学Sバンドライナックでは高い量子効率を持つ、400nmの可視光駆動のマルチアルカリカソードの導入を進めている。しかし、反射波形の乱れ、加速管外での電子エネルギーが理論値22MVよりも低い20MVで観測された、という問題が生じている。原因は端板、及びRFGUNが熱膨張し、共振周波数にズレが生じ、RFGUN内で規定の半分の電場強度が生じていると予測した。 RFGUN内の高周波の電磁熱をSuperfishで求め、有限要素法ソフトANSYSによってRFGUNの温度分布、熱膨張を計算する。その計算を基に共振周波数のずれを求め、RFGUN内の電場強度を求める。それと共に、高周波印加後のRFGUNのQ値から、導波管との結合係数βを求め、反射波を再現、観測の反射波と比較することで、現状の問題が熱によるものかを考察する。また、現在設計中である、新しい端板との計算結果を比較することで、妥当性を考察する。