次世代Xバンド加速によるフェムト秒ライナックの設計

具有下一代X波段加速的飞秒直线加速器设计

基本信息

批准号：
08780467
负责人：
古澤孝弘
金额：
$ 0.7万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-08780467/
关键词：
フェムト秒電子線 Xバンド磁気パルス圧縮線形加速器

项目摘要

従来、短パルス電子源としてはSバンド電子線形加速器とLバンド線形加速器が代表的であり、そのパルス幅は、それぞれ約10ps、約20ps程度である。これよりも短い電子線パルスを作ろうとする試みはかなり以前からあり、1989年アルゴンヌ国立研究所のLバンドライナックにおいて磁気パルス圧縮法を用いて5psの電子線パルスが生成された。磁気パルス圧縮法は電子線パルスにエネルギー変調をかけ、1パルス内のエネルギー差をマグネット系を用いて軌道差に変換し、進行軸方向のフォーカスを行う方式である。また、新しい加速マイクロ波としてXバンド(11.424GHz)が注目されており、現在、スタンフォード加速器センターおよび高エネルギー研究所で研究されており、加速管のパワー試験が行われている。近い将来、加速試験が行われる予定である。本研究ではXバンド加速器に磁気パルス圧縮を適用することにより、フェムト秒の超極短パルス電子線の生成が可能であるかを検討した。入射器系に関しては、電子銃テストベンチを制作し、熱電子銃の高速応答性能を測定した。この結果を基に、電子輸送計算コードPARMELAを用いフェムト秒Xバンド加速器の設計及び加速シミュレーションを行った。本研究で設計したフェムト秒Xバンド加速器は200kV熱電子銃、476MHzSHB、2856MHzプレバンチャー、11.424GHzバンチャー付き加速管、11.424GHz加速管(エネルギー変調用をかねる)、磁気パルス圧縮器から構成される。ビームの収束はソレノイドマグネットで行うことを想定した。電子銃テストベンチで得られたビームパラメーターで計算を行ったところ、最終的に100fsまで電子線が圧縮されることを確認した。この結果からXバンド加速器はフェムト秒加速器として非常に有望であると結論できる。

常规上，S波段电子直线加速器和L波段直线加速器是典型的短脉冲电子源，其脉冲宽度分别约为10 ps和20 ps左右。创造更短电子脉冲的尝试已经进行了一段时间；1989 年，在阿贡国家实验室的 L 波段直线加速器中使用磁脉冲压缩产生了 5 ps 电子脉冲。磁脉冲压缩法对电子束脉冲进行能量调制，利用磁体系统将一个脉冲内的能量差转换为轨道差，并将其聚焦在行进轴方向。此外，X波段（11.424GHz）作为新型加速微波备受关注，目前斯坦福加速器中心和高能研究所正在研究，加速器管的功率测试正在进行中。加速测试计划在不久的将来进行。在这项研究中，我们研究了是否可以通过对 X 波段加速器应用磁脉冲压缩来产生飞秒超短脉冲电子束。针对注入系统，我们搭建了电子枪测试台，测量了热离子电子枪的高速响应性能。基于这一结果，我们设计了飞秒X波段加速器，并使用电子输运计算代码PARMELA进行了加速模拟。本研究设计的飞秒X波段加速器由200kV热电子枪、476MHz SHB、2856MHz预聚束器、带11.424GHz聚束器的加速管、11.424GHz加速管（也用于能量调制）和磁脉冲压缩机。假设光束将使用螺线管磁铁聚焦。利用电子枪试验台上获得的束流参数进行计算，证实电子束可以压缩到100 fs。从这个结果我们可以得出结论，X波段加速器作为飞秒加速器是非常有前途的。