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BL01 光源開発ビームライン

目的

BL01は新光源の開発と利用を目的とした光源開発用ビームラインです。現在、電子蓄積リング内を周回する高エネルギー電子ビームに外部からレーザー光（NdレーザーやCO2レーザー）を導入・衝突させることによりコンプトン散乱ガンマ線（1-40 MeV）を発生しています。このガンマ線は、直線偏光や円偏光での発生が可能で、コリメーターを用いることで、高い偏極率の準単色のガンマ線として発生できます。
従来の線源に無い特徴を持つこのガンマ線ビームを利用するために、専用のガンマ線遮蔽ハッチを設置しており、光核反応研究、対生成陽電子発生と利用、核変換やガンマ線非破壊検査等への応用研究が実施できます。

構成

ビームラインの全体構成は下図の通りです。レーザーは現在Nd:YVO₄(波長1μm、0.5μm)とCO₂(波長10.6μm)レーザーの2種類です。図BL01-(2)のA点(Ndレーザー)及びB点(CO₂レーザー)で電子ビームと衝突させガンマ線を発生します。生成したガンマ線ビームの利用は遮蔽ハッチ内で行ないます。測定器としてはNaIシンチレーション検出器、Ge半導体検出器、中性子シンチレーター、イメージングプレートなどがあります。データ収集には、線形アンプ(Linear Amp)、計数器(Counter, Rate Meter)、多重波高分析器(MCA)等を使用できます。

レーザー
Nd:YVO4レーザー	波長　1.064μm, 5W : CW-100kHz (Pulse width 8ns) 波長　0.532μm, 4W : 10kHz-100kHz (Pulse width 8ns)
CO₂レーザー	波長　10.52-10.57μm, 20W
He-Neレーザー	アライメント用
Ti-Safレーザー	準備中

ミラー・分光器仕様

ミラー仕様

BL01にはレーザー導入用、或いは放射光観察用の銀コートミラーが真空ビームライン内に設置されています。ガンマ線ビームはこれらミラーおよび真空窓を通過して、電子ビーム進行方向直線上に引き出され、大気中で利用できます。

ガンマ線コリメーター仕様

コンプトン散乱ガンマ線の光子エネルギーは散乱角度に依存して変化するため、コリメーターで中央部分を取り出すことにより、準単色のガンマ線を利用することが出来ます。10cm厚さの鉛にもうけた、直径6mmおよび直径3mmのコリメーターが利用できます。コリメーターはX-Yオートステージ上に設置しており、微調アライメントが可能です。

分光器仕様

ガンマ線光子分光は、Ge検出器等と多重波高分析器の組み合わせで計測できます。高エネルギーガンマ線では、検出器の応答関数を用いたシミュレーションを援用する必要があります。

エンドステーション

ガンマ線利用のためのシールドハッチが設置されています。図BL01-(3)に側面図と写真を下に示します。電子エネルギー1GeV運転(電子電流 250-mA)のとき、Ndレーザー(波長1μm、出力4W)を入射すると、6～17-MeVのガンマ線が6x106 光子/secのフラックスで発生します。コリメータを用いない場合、電子との衝突点から約19m位置にあるガンマ線ハッチ内では、ガンマ線ビーム半径は10mm程度となります。ハッチ内にガンマ線照射ターゲット等を設置して、遮蔽ハッチ扉を閉鎖した状態で照射実験を行ないます。

スペクトル

Ndレーザー（波長1.064μm）を用いた場合のガンマ線スペクトル BL01-(4）と
ガンマ線エネルギーの角度分布 BL01-(5）

照射可能なガンマ線フラックス

Laser	wavelength	Gamma photon energy*	Normalized Flux
レーザー	波長	ガンマ線光子エネルギー*	規格化フラックス
Nd:YVO4 laser	1064nm	16.7MeV	6000γ/s/mA/W
Nd:YVO4 laser	532nm	33.4MeV	3000γ/s/mA/W
CO2 laser	10520nm	1.7MeV	7000γ/s/mA/W

*電子エネルギー974MeVの場合、波長106nmのNdレーザーを用いると、θ=0での最大光子エネルギーは、16.7MeVになります。この時、蓄積電子電流300mA、入射レーザーパワー10W を用いると、ガンマ線フラックスは、6000-γ/s/mA/W x 250-mA x 10-W = 1.8x10^7 γ/s となります。6mmφのコリメーター(厚さ100mmのPb)を挿入して、ガンマ線ビームの中央部を取り出すと、準単色のガンマ線ビームとして利用でき、フラックスは　5×10^6 γ/s 程度になります。上記以外の、異なる波長のレーザーも使えます。また、電子ビームのエネルギーを0.5GeVから1.5GeVの間で変更できるため、ガンマ線エネルギーは1桁程度のチューナブルです。

ご利用分野

レーザーコンプトン散乱ガンマ線利用

その他の共用機器

ビームライン設置共用利用機器

放射光観察用やレーザースペクトル確認用に、真空紫外分光器及び近赤外?可視光用分光器が使用できます。

ガンマ線検出器　HP-Ge（GMX-45）
HP-Ge	64 mmφ × 60 mm, Lq. N2 デュワー容量 30　L
分解能	2.0 keV @ 1.33 MeV
バイアス電圧	4.8 kV

近赤外～可視光用： 0.5m分光器（ARC Model SP-5001）
回折格子	1200, 600, 300, 150, 75 G/mm
分解能	0.15 nm
分光波長	200 nm - 12000 nm, (CCD, PbS, MCT detector)

電子機器
デジタルフォスファーオシロスコープ、高圧電源、線形アンプ、ディスクリミネーター
レートメーター、カウンター、分周器、遅延パルサー、多重波高分析器、TVカメラ、モニタ
6"×12" NaI検出器、76×76×180mm GSO検出器, 50φ×90mm LYSO検出器