電子蓄積リング
概要
ニュースバル蓄積リングは軟X線領域放射光の産業利用(半導体リソグラフィー、LIGA、新素材開発、等)を目的とした周長約118mのレーストラック型の中型リングです。
電子銃で発生させた電子ビームを線形加速器で 1.0 GeV まで加速し蓄積リングに導入しています。蓄積リングではリング内に設けた加速空洞により電子ビームのエネルギーを 1.0 GeV に維持しながら、偏向電磁石や挿入光源により放射光を発生させています。また、この加速空洞を用いて、蓄積された電子ビームをさらに（最大 1.5 GeV まで）加速することも可能となっています。
ニュースバルではモーメンタムコンパクションファクター(α)*を容易に正負に可変出来る様に通常の偏向電磁石の他に6台の逆偏向電磁石を採用しており、通常の正α運転の他に、negative α運転あるいはLow α運転時の電子ビームの短バンチ化が可能です。セル間には約2.6mおよび14mの磁石のない空間(直線部)があり、ここは電子ビームの入射用機器、高周波加速空洞、挿入光源が設置されています。挿入光源用の直線部は4カ所用意されており、現在は長尺アンジュレータ(11m)、短尺アンジュレータ(1.5m)、極単パルス自由電子レーザーが設置されています。偏向電磁石からの放射光は偏向電磁石(BM)の偏向角度が10度の点から取り出されます。
現在、1.0 GeV 利用運転モードでは蓄積電流約 350 mA でのTop-UP運転が行われます。また 1.5 GeV 利用運転モードでは 1.0 GeV にて 350 mA まで蓄積後、リング内で 1.5 GeV までエネルギー加速を行います。このモードでは、その後電流値はゆっくり減衰します。利用運転中はCOD(Closed Orbit Distortion)の連続補正により、ビーム軌道の安定性は水平・垂直共に 10 μm 以下に保たれています。
ニュースバル電子蓄積リングのパラメーター
| 電子エネルギー | ||
|---|---|---|
| 入射 | 1.0 GeV | |
| 蓄積 | 1.0 - 1.5 GeV | |
| 周長 | 118.731m | |
| ラティス | DBA + Inverse Bending mag. | |
| 偏向電磁石 | 12台 | |
| 曲率半径 3.2168m | ||
| 磁場 1.035 T (@1GeV) | ||
| 逆偏向電磁石 | 6台 | |
| 曲率半径 -3.2168m | ||
| 磁場 1.035 T (@1GeV) | ||
| 四極電磁石 | ||
| 偏向部 | 2グループ（16台） | |
| 短直線部 | 2グループ（24台） | |
| 長直線部 | 2グループ（12台） | |
| 長直線部の長さ | ||
| 短直線部 | 2.6 m | |
| 長直線部 | 14 m | |
| β関数 | 水平／垂直 | |
| 短直線部 | 8.61 m／8.66 m | |
| 長直線部 | 1.49 m／8.05 m | |
| 0°発光点 | 3.32 m／24.49 m | |
| 10°発光点 | 1.91 m／26.88 m | |
| α関数 | 水平／垂直 | |
| 短直線部 | 0／0 | |
| 長直線部 | 0／0 | |
| 0°発光点 | 0.78／2.74 | |
| 10°発光点 | -0.051136364 | |
| γ関数 | 水平／垂直 | |
| 短直線部 | 0.12 m-1／0.12 m-1 | |
| 長直線部 | 0.67 m-1／0.12 m-1 | |
| 0°発光点 | 0.48 m-1／0.34 m-1 | |
| 10°発光点 | 0.54 m-1／0.50 m-1 | |
| 分散関数 | ||
| 短直線部 | 0 m | |
| 長直線部 | 0 m | |
| 0°発光点 | 0.03 m | |
| 10°発光点 | 0.16 m | |
| ベータトロン振動数 | 水平：6.30、垂直：2.23 | |
| 電子エネルギー幅 | 0.04 % (@1.0GeV) | |
| モーメンタムコンパクションファクター | 利用運転時：1.3x10-3 | |
| クロマティシティ | 水平：2.9、垂直：5.6 | |
| 蓄積電流 | ||
| 最大蓄積電流 | 500 mA | |
| 1GeV利用時 | 350 mA (Top-up) | |
| 1.5GeV利用時 | < 350 mA (decay) | |
| 自然エミッタンス | 37 nmrad (@1.0GeV) | |
| エミッタンス結合比（κ） | 1% | |
| 周回周波数／周回時間 | 2.53 MHz／396 ns | |
| RF周波数 | 499.955 MHz | |
| ハーモニック数（バケット数） | 198 | |
| 最大加速電圧 | 500 kV | |
| 放射損失（一周あたり） | 33.4 keV (@1GeV) | |
| 臨界光子エネルギー／臨界波長 | 0.7 keV／1.8nm (@1GeV) | |
| ビーム寿命 | 5.14時間（@1GeV, 350mA） | |
| 10.3時間（@1.5GeV, 350mA） | ||
| バンチ長（σ） | 33ps（利用運転時） | |
| 2.4ps（Low α運転時） (@1GeV) | ||
| ビームサイズ（σ） | 水平／垂直 (@1GeV) | |
| 短直線部 | 5.6X10-4 m／5.9X10-5 m | |
| 長直線部 | 2.3X10-4 m／5.7X10-5 m | |
| 0°発光点 | 1.8X10-4 m／9.2X10-5 m | |
| 10°発光点 | 1.6X10-4 m／8.5X10-5 m | |
| 角度広がり（σ） | 水平／垂直（@1GeV） | |
| 短直線部 | 6.6X10-5／6.8X10-6 | |
| 長直線部 | 1.6X10-4／7.0X10-6 | |
| 0°発光点 | 2.1X10-４／4.4X10-６ | |
| 10°発光点 | 2.3X10-4／4.7X10-６ | |
| 軌道の安定性（連続COD補正あり） | 水平：＜10μm、水平：<10μm | |
| リングの真空度 | ||
| ビーム無し | 10-9Pa ~ 10-8Pa | |
| ビーム有り | 10-8Pa ~ 10-6Pa | |
ニュースバル電子蓄積リング半周分のベータトロン関数と分散関数
ニュースバル放射光施設（中央のレーストラック型）および実験ホール
ニュースバル放射光のスペクトル・輝度と利用分野
偏向電磁石からは、連続スペクトル光が得られます。アンジュレータでは、アンジュレータの磁場サイズ、ピッチ、強度で決まる共鳴波長があり、その波長でほぼ単色の放射光を発生できます。アンジュレータスペクトルは共鳴波長をスキャンしてそのピーク値を結んだ曲線です。
ニュースバル放射光施設で利用可能な放射光のスペクトルと輝度
光源開発と利用光子エネルギーの拡大
上記放射光以外の新しい光源開発も進めています。下図は開発している光子エネルギー領域を示します。高エネルギー領域では、レーザーコンプトン散乱ガンマ線の利用がBL01で可能となっています。短バンチビームを発生させることで、THz領域で強度の強いコヒーレント放射光発生が可能で、その研究を進めています。
ニュースバル電子蓄積リングは、Spring-8の電子線形加速器より電子を入射します。電子は左回りで蓄積され、電磁石で曲がるたびに接線方向へ放射光を発生します。放射光は周囲に配置されたビームライン（BL01～BL11）で利用に供与されます。
ニュースバル放射光施設で利用可能な放射光のスペクトルと輝度
