ERL推進室報告

ERL推進室報告
2008年４月２日河田洋
この1ヶ月の動き
• 3月4日、5日にＰＦのＩＳＡＣ。ＥＲＬ関係の進捗状況の報告。(特にコンパクトＥ
ＲＬを第1段階として開発研究を進めるという点を強調。） ⇒ この一年間の
活動は評価。別紙のスライド参照。
• ３月9日、10日にＫＥＫロードマップの評価委員会 ⇒ ５GeVの建設を前面
に出して、その目標に向かって進むべき。（コンパクトERLが目標ではない。）
コンパクトERLのエネルギー設定に関して６０MeVでは空間電荷の問題が逃
れられないのでは？２００MeV程度まで上げるべき。 ⇒ ロードマップ委員
会では委員からERLの開発に関して強いサポートがあった。
• 3月16日、17日に「ＥＲＬサイエンス研究会１」を開催。 ⇒ ERLのサイエンス
に関する議論の第一歩。今後これを積み上げていく。
• 3月18日、19日にＰＦシンポジウムがあり。 ⇒ 発表、ポスター、ありがとうご
ざいました。
• 3月24日物理学会「ビーム物理領域のシンポジウム」「未来を切り開く光--粒
子加速用ハイパワーレーザー・次世代放射光源-- 」で羽島氏がエネルギー
回収型リニアックによる次世代放射光源を講演した。
• 予算の議論：先端加速器開発、物構研、機構長裁量経費、大学支援経費、
日米、量子ビーム（取れれば）等から予算を捻出。
Second Photon Factory ISAC Meeting
Executive Summary and Closing Remarks
K. Hodgson, Committee Chairperson
March 5, 2008
ISAC Committee Members*
– 2nd ISAC Meeting – March 4-5, 2008
E. Fontes – Cornell University
H. Fukuyama – Tokyo University School of Science
E. Gluskin – Advanced Photon Source
K. Hodgson – Stanford University, Chairperson
I. Lindau – Stanford University
K. Miki – Kyoto University
T. Ohta – Ritsumeikan University
M. Ree – Pohang Accelerator Laboratory
V. Saile – University of Karlsruhe
H. Suematsu – Riken Harima Institute
_______
*all members present for Marc 4-5, 2008 meeting
PF, Photon Science and KEK
Roadmap - I
• ISAC recognizes that PF, SBRC, and the proposed SMRC within IMSS do
forefront research across a broad range of materials and life sciences. It is
essential that the impact of this research and its importance to Japan be
recognized by KEK as a key part of its mission.
• In the domain of the “nanoscale”, the properties of x-rays (including their short
wavelength and penetrating ability) greatly enable and drive discovery. They
provides the means to understand the basic structure and functionality of materials
from the viewpoint of basic science (including condensed matter, biological
systems, etc)
• KEK can be a world leader in research solving important societal challenges of our
time, including:
 Design of new drugs to cure and control human disease and improve our health
and well being
 Understanding of man-made and natural pollution and remediation processes in
our environment
 Development of improved processes and materials underlying clean, efficient,
sustainable and environmentally friendly energy production, storage and
conversion
 Understanding, tailoring and controlling the properties of atomically engineered
nanoscale materials for advanced technology
KEK as a World Leading Center
For Scientific Discovery using Photons, Neutrons
and Muons
• ISAC PF and IMSS have developed a vision for the future that is based on the use
of two complementary x-ray sources. The first is an accelerator in the form of a
storage ring PF producing x-rays that are typically referred to as “synchrotron
radiation.”
• PF Provides a well understood, robust and mature means for obtaining detailed
information on the fundamental interactions between the electrons, spins and
atoms in materials “near equilibrium”. An improved understanding of these
interactions forms a large part of what we envision as “grand scientific challenges”
and is driving fundamental investigations of our faculty across a range of biological
and physical sciences
• The second, completely new class of next generation x-ray source is the energy
recovery linac (ERL). PF and KEK have the remarkable opportunity to build the
world’s first hard x-ray ERL ERL x-rays will provide a clear “vision” into systems
on the atomic and nanoscale through novel imaging techniques. This includes
study of systems undergoing real-time reaction and change typical of ultrafast
processes on the nanoscale and of matter under extreme conditions of
temperature and pressure.
• KEK also supports forefront complimentary Neutrons and Muon tools.
KEK as a World Leading Center
For Scientific Discovery using Photons, Neutrons
and Muons
• ISAC wishes to emphasize the broad and deep impact of the research done at PF.
as enabled by its accelerator-based light source
• KEK provides a unique and world class environment for accelerator science and
excellence for development of future generation of photon sources
• The Research Centers of excellence are a key element in delivering world class
science from the accelerator based facilities
• ISAC urges that KEK recognize the unique role played by PF within the context of
Japanese synchrotron science:
• PF provides unique instruments of the highest quality for soft x ray research in
Japan where there has traditionally been world leadership in this important area
for condensed matter studies and AMO physics.
• ERL promises to be a unique, x-ray source complementary to XFEL at Spring-8
• KEK and PF have the responsibility and stewardship of a very important large
National and International user community. Currently PF serves about 3000
users from a broad range of scientific disciplines in academia, national
laboratories and industry and this number continues to grow.
ERL Project
• ISAC continues to strongly support the ERL development in that it offers a route
to next generation performance that compliments Spring-8, XFELs and other
Japanese light sources. Further, it is clear that the important strong
engagement of the KEK accelerator department is ongoing and is a key to
positioning KEK to be at the forefront of future light sources.
• Developing a compelling science case for the ERL project and facility, including
organizing and involving the user community, should continue to be a very high
priority. We note for example the upcoming science case workshop. PF and
KEK are strongly encouraged to continue in this direction.
• Identify commonality among the future accelerator projects at KEK and better
integrate and include the ERL (and PF) in this core accelerator technologies”
program. Significant progress in design and critical R&D has been observed by
ISAC and PF and KEK are to be strongly complimented and encouraged.
• ISAC applauds the renaming of the “test facility” to the Compact ERL and
redefining of the technical objectives and science case. This project is a very
important “stepping stone” to the x-ray ERL.
ERLサイエンス研究会１のまとめ
本研究会の目的
• ５GeVクラスのERLで何を測定するのか？
（輝度⇒2~3桁増大、バンチ幅⇒2~3桁短い）
高繰り返しのコヒーレント放射光
高繰り返しの短パルス放射光
ナノ、バイオ、機能性物質、触媒、極端条件、界面、局所状態、、、、。
３月16日午後研究会開始
１．イントロダクション
２．方法論
３月17日
３．コヒーレンス（ナノビームを含める）、生命科学
４．コヒーレンス（ナノビームを含める）・物質科学
５．ダイナミクス・生命科学
６．ダイナミクス・物質科学
総合討論
ERLの発展性
―将来展望―
•
蓄積リング型光源を超える第4世代放射光源
（空間コヒーレンス、短パルス光源）
高繰り返し時空コヒーレンス
•
1.
2.
共振器型X-FELへの可能性（坂中氏の講演）
得られるFELはどの程度シングルモードになっているのか？
可能性に関する検討がさらに必要。
実験方法論に関して
•
X線ミラー： ~10nm ⇒ sub nm集光サイズ
ミラー形状測定を集光ビームプロファイル測定から位相回復法で推定（確立）。
アクティブミラーの開発
•
X線顕微鏡
時間分解観察、位相コントラスト顕微鏡、5~6年後には10nm
•
コヒーレント回折顕微鏡
２D,３Dの実験が進められている。（分解能～30nm)
•
電子回折イメージング
電子顕微鏡での電子レンズの限界を超える
•
時間分解X線測定（ERL)
サブピコ秒でのERLでのフォトン数はあまり多くはないぞ！
コヒーレンス（ナノビーム）＆生命科学
• 分子分解電子顕微鏡イメージング
トモグラフィー、クライオ電顕、電子線ダメージ
• 膜タンパクのX線結晶構造解析
極微小結晶構造解析、動的構造解析への期待
• X線回折顕微鏡によるヒト染色体
クライオ電顕、小角散乱そしてコヒーレント回折顕微鏡
⇒分解能：２D:30nm, 3D:130nm⇒radiation damageの問題
ERLは大丈夫か？
コヒーレント（ナノビーム）＆物質科学
• 界面における電子状態・酸化物で何を計りたいか
界面ではバルクとは異なる？界面特有の物性（電子状態）
ナノビーム電子線でエネルギー損失分光(原子レベルの分解能で
電子状態分析が出来ている）
• 界面における電子状態・何が計れるようになるか
不均一系の物理・化学
ダイナミクス、イメージング、機能とデバイス特性、局所電子構造
• 高圧地球科学におけるERL光源の活用
極端条件では高輝度X線が不可欠
マントル最下部⇒内核中心へ
複合計測で高圧物性を解明
レーザー（激光）のショックによる高圧装置への展開
ダイナミクス＆生命科学
• V-ATPaseの回転触媒機構
蛍光法で回転機構を測定。そのダイナミクスを議論。ERLで
分解能の高い構造解析を実時間で行えるようになれば。
• 時間分解共鳴ラマン分光法によるタンパク質ダイナ
ミクス
ミオグロビンからのCO脱離過程をピコ秒時間分解紫外共鳴
ラマン分光：ヘムの構造変化に敏感な共鳴線（ピコ秒の反
応を測定）
• 時間分解X線小角散乱によるしシアノバクテリア時
計タンパク質の離合集散ダイナミクス
本当の理解には早い反応測定が必要
ダイナミクス＆物質科学
• X線スペックルによるBaTiO3の分極クラスター
分極クラスターのスペックル、時間相関分光からクラスターの緩和時間
のピークは相転移温度と異なる。興味深い結果。
• 時間分解XMCD-PEEM磁区ダイナミクスからスピン
ダイナミクスへ
磁区のパルス磁場応答測定。⇒スピンダイナミクス
適度な繰り返しでバンチ当たりの光子数の増大が課題。
• フェムト秒パルスレーザー光によって引き起こす超
高速相転移
光誘起相転移：絶縁体-金属、中性-イオン性、常誘電性-強誘電性、反磁
性-強磁性
フェムト秒レーザーをベースにした強相関電子系物質群で多くの興味深
い物質が見つかっている。電荷秩序、軌道秩序、スピン秩序
ＥＲＬ計画推進室の居室
• 2号館2階部分に大部屋を確保。
LC推進室
EV
トイレ
ERL推進室
オープン
コモン室
レーザー科学
開発室（仮）
測定器開発室

Download Report