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1 ERL 評価専門委員会, 4 月 22 日, 2010 年 ERL プロジェクトの概要 予算河田洋 ERL Project Office, KEK Photon Factory, IMSS, KEK cerl 5GeV-ERL

2 何故 ERL なのか? #) Linac based light source: 1) Emittance 1/ ~10pmrad ~λ/4π 2) Short purse of photon pulses~ 0.1~1 pico-second #) A great numbers of ID-beamlines

3 Comparison of ERL, SASE-FEL and XFEL-O ERL SASE-FEL XFEL-O K.-J. Kim, Y. Shvyd ko, S. Reiche, PRL. 100, (2008). average brilliance peak brilliance repetition rate (Hz) coherent fraction bunch width(ps) # of BLs Remark ERL ~10 23 ~ G ~20% 0.1~1 ~30 XFEL-O ~10 27 ~10 33 ~1M 100% 1 few Non-perturbed measurement Single mode FEL (few mev) SASE- FEL ~10 22~24 ~ ~10K 100% 0.1 ~1 One-shot measurement 3 rd -SR ~10 20~21 ~10 22 ~500M 0.1% 10~100 ~30 (brilliance : photons/mm 2 /mrad 2 10 kev) Non-perturbed measurement

4 G rand challenges for basic sciences ~ Non-crystalline materials and nano-science ~ Function in a cell Catalysis chemistry biology and chemistry Nano beam Nano-materials at interface (c) Sr 2+ Ti 4+ O 3 La 3+ Ti 3+ O3 Formation of (LaO) 2 layers La 3+ Ti 3~4+ O 3+ 4 nm materials, energy and environment Extreme condition

5 G rand challenges for basic sciences ~ Non-equilibrium states generated by photons ~ visual sensing photosynthesis biology and chemistry ultrafast photo-switching materials, energy and environment solar cell

6 協力関係 電子銃 ビームダイナミクス超伝導空洞 Japan Atomic Energy Agency (JAEA) 電子銃 Hiroshima Univ. MoU ドライブレーザー開発 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) KEK MoU ビームダイナミクス ドライブレーザー 超伝導空洞 Institute for Solid State Physics (ISSP), Univ. of Tokyo MoU UVSOR 電子銃 JASRI/SPring-8 Nagoya Univ. MoU preparing for MoU CLASSE Cornell Univ. APS ANL

7 Development of ERL until 2008 CDR of Compact ERL has been published Super conducting cavity for main accelerator Single cell model 9 cell model Ready for the fabrication of the cavity for Compact ERL super conducting cavity of pre-accelerator 2 cell model Ready for the fabrication of the cavity for Compact ERL Injector Started the designing. high power RF source 300 kw Klystron will be ready by October kV DC electron gun The fabrication has started under the collaboration with JAEA, ISSP, Hiroshima Univ., Nagoya Univ. and KEK. Laser system for electron gun Development of Yb fiber-laser system in collaboration with AIST, ISSP and KEK. Ready for the system of 10 ma electron beam current. Lattice, Magnet, Vacuum Designing stage

8 コンパクト ERL の最終形態

9 コンパクト ERL の概要 (2012 運転開始時 ) 2012 年度にミニマムバージョンである35MeV, 10mAのERL 運転開始を目指す 2012 年度で終了する量子ビームプロジェクト ( パルスモードの小型高輝度光源 ) CWモードの小型高輝度光源 (x10-100) の受け皿として稼動開始 順次性能向上 2014 年度までに65MeV, 10mA 年度までに2ループによる加速エネルギーアップ等

10 Clearing Old Proton Beamlines Proton beamlines with radio-active devices. view About 10,000 tons of concrete shields were used. Almost cleared Thanks to staff of the Institute of Particle and Nuclear Studies. Some materials remains view By S. Sakanaka, ISAC 25/Feb./2010

11 Recent View in the East Counter Hall Clean Room Liquid Helium Refrigerator By S. Sakanaka, ISAC 25/Feb./2010

12 C-ERL 建設年次計画 設計試作製作調整運転 年度 建物 インフラ整備 建物 冷却水 電源設備 放射線シールド 安全系 設計 製作 インターロック 電子銃 励起レーザー 入射部 レーザー開発電子銃開発 500kV 電子銃真空システム 超伝導空洞 ( 前段加速部 ) 空洞設計 試作 複数年度契約で加速空洞モジュール製作入力カプラーテスト 設置 運転調整開始 超伝導空洞 ( 主加速部 ) RF 電源系 空洞設計 試作 複数年度契約で加速空洞モジュール製作入力カプラー HOM 吸収体テスト RF 源システム設計 IOT 試作 C-ERL 用 RF 源整備 設置 個別運転クライストロン試作 テストベンチ 設置 運転調整開始 総合運転 総合運転 RF 制御系 ヘリウム冷凍設備 周回部 ( 電磁石系 真空系 ) ビームモニター 制御 RF 制御設計 試作 RF 制御系製作総合運転 設備システム設計製作調整運転総合運転 ラティス設計 テストマグネット 真空システム試作 製作 磁場測定 設置 総合運転 設計要素技術試作全体製作 設置総合運転 詳細は添付ファイル参照

13 予算削減努力 JAEA NIMS からの譲渡物品の有効利用 IOT の電源 2 台 + ヘリウム冷凍器 + マグネット等 素核研からのシールドブロックの有効利用約 30 個以上のシールドブロックを譲渡 動燃からの譲渡物品の有効利用 200kW ビームダンプの有効利用 他機関の加速器の譲渡の実現マグネット等の利用を念頭において交渉中 ビームライン予算の獲得 大学間の協力のよる要素開発 (R&D) 電子銃高耐圧セラミック管 極高真空技術 フォトカソード 大出力ドライブレーザー 超伝導空洞入力カプラー等

14 Human Resources Working Group 電子銃 入射部 主要メンバー (KEK のみ ; 原則として 2009 年 11 月時点 ) 宮島 本田 ( 洋 ) 山本( 将 ) 佐藤( 康 ) 内山 中村 ( 英 ) 高橋 松葉羽島 西森 永井 鳥塚 吉富 伊藤 中村 ( 典 )+etc. FTE (Nov. 2009) FTE 増努力必要 超伝導空洞 ( 前段加速部 ) 加古 渡辺 山本 ( 康 ) 宍戸 佐藤 ( 昌 ) 野口 超伝導空洞 ( 主加速部 ) 古屋 梅森 阪井 RF 源 福田 道園 三浦 荒川 明本 中尾 中島 本間 ( 博 ) 吉田 ( 光 ) 片桐 松下 竹中 設楽 矢野 ヘリウム冷凍設備細山 仲井 小島 原 中西 ( 功 ) 可部 本間 ( 輝 ) 軌道 電磁石 電源 挿入光源 沢村 篠江 中村 ( 典 ) 原田 島田 尾崎 上田 土屋 青戸 中村 ( 典 ) 真空本田 ( 融 ) 谷本 野上 佐々木 ビーム診断 制御帯名 高井 飛山 三橋 古川 建物 インフラ 安全芳賀 浅岡 多田野 長橋 マネージメント 全体設計河田 小林 ( 幸 ) 坂中 合計 * 加速器研究施設 人的資源調査に基づく (2009 年 11 月 自己申告 ) 複数所属の人は一つの WG に記入

15 コンパクト ERL を用いたサイエンス ( その後のアップグレードの原動力 ) cerl 高輝度光源による高精細 X 線イメージング レーザーコンプトン散乱 X 線によるフェムト秒分子動画測定技術の確立 cerlのテラヘルツcsr 利用研究

16 cerl 高輝度光源による高精細 X 線イメージング 百生敦氏 ( 東大 ) 提案 レーザー逆コンプトン散乱による微小サイズ ( 数 10 ミクロン ) の X 線源 X 線位相コントラストイメージングに最適光源 ( コーンビームによる大視野も備えた ) 微分位相像吸収像 ( 従来 ) 現在放射光を用いて得られている X 線 Talbot 干渉計で撮影した鶏手羽 (@PF) 35MeV cerl で小動物の全体撮影技術の開発 (20keV の X 線 ) 軟骨の描出能が認められる しかし視野 および撮影場所 ( 放射光施設 ) は限られている cerl で 15cm x 15cm の大視野 かつ高精細 X 線イメージング技術の確立 65MeV の高度化によって 30~60keV の医学応用に展開

17 レーザーコンプトン散乱 X 線によるフェムト秒分子動画測定技術の確立 レーザー光が作る一瞬の磁石 News@KEK RIKEN Tahara Lab. HP 分子科学の分野では 超短パルスレーザーを使ってフェムト秒分光が実現している しかし直接的に分子構造を見ることができない フェムト秒 X 線により分子反応素過程の構造変化を直接的に観測できる 足立伸一氏 (KEK) 提案

18 cerl のテラヘルツ CSR で行う研究 励起源としての新しい研究 原子種を選択した拡散現象の実証とその応用 - 高密度 CMOSデバイスの実現へ- Laser THz-CSR ir n, p ir n n p ir p プローブ線源としての研究 THz 近接場顕微鏡 サブ mm から nm サイズの空間分解能 / = 生きたままの細胞の THz イメージング 木村真一氏 ( 分子研 ) 提案 近接場 THz 光 入射 THz 光 試料 検出 THz 光 共鳴テラヘルツ励起による超伝導物質の Cooper pair の崩壊と再結合 -THz ポンプ レーザー光電子分光によるプローブ- THz-CSR e - e - e - e - e - e - Cooper pair ~nsec ~10nsec PES spectrum E B E F Quasiparticle peak 大視野のTHz イメージング cm 2 からm 2 : サイズの大視野イメージング : 人体のその場観察. 共鳴線を利用した種々のイメージング.

19 まとめ 2009 年度からコンパクトERLの建設は開始 現時点で15 人以上のFTEでプロジェクトを進めている体制が構築されている 2012 年度末に35MeV,10mAでビーム運転開始を目標に建設 種々の予算削減の努力 ERL のサイエンスワークショップ XFELO のセミナーを順次進めている

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