大型放射光施設 SPring-8

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加速器について

 加速器とは、電荷を帯びた粒子(荷電粒子)を加速させる装置の総称です。
 荷電粒子は、電磁気(電磁場)の影響を受けて運動します。この性質を利用して、電荷を持った粒子を加速させる装置が加速器です。

 加速器は、電磁場を利用した加速方法の違いによって、直流高電圧型と高周波型(交流型)の2つに大別されます。
 直流高電圧型加速器は、高い電位差を持つ電極間の電場を利用して荷電粒子を加速するもので、直流電位差に比例した大きさの運動エネルギーを得ることができます。一対の電極間に印加できる加速電圧は、絶縁材等の耐圧で決まる上限があり、さらに大きなエネルギーの加速粒子を得るためには、技術上の制限があります。

fig_accelerator_1.png

 一方、高周波型(交流型)加速器は、比較的低い加速電圧による加速を繰り返し行うことにより、高エネルギーの加速粒子を得ることができ、加速装置を直線状に配置した直線加速器と、同じ加速電場を周回させることで加速する円形加速器の二つに分けられます。
 さらに高周波直線加速器には、直線状に並べた円筒形電極間の高周波電場により加速するものと、導波管内に誘導された電磁波(進行波及び定在波)の電場により加速するものがあります。X線自由電子レーザーで用いられる方式は、後者の高周波型直線加速器であり、直線状に並べた導波管を使用します。

fig_accelerator_2.png

 導波管(加速管)は、円筒の空洞内に、円盤や小さい円筒を組み込み、この空洞の中に、大電力の高周波を導き、円筒内にできる定在波または進行波が作る電場を利用して加速するものです。XFEL自由電子レーザーでは、導入する電磁波(マイクロ波)の周波数帯域2856MHzのSバンド加速管と、さらに周波数が大きな加速管によってより大きな加速電圧(加速勾配)を得ようと、高加速勾配Cバンド(5712MHz)加速管の実用に向けた開発を行いました。そしてこれらの加速管を電子の加速速度に応じて、適切に設置・調整することにより、電子を高エネルギーまで加速します。