Development of a magnetic field monitoring system for the JAERI AVF cyclotron

原研AVFサイクロトロンの磁場測定システムの開発

奥村 進; 荒川 和夫; 福田 光宏; 中村 義輝; 横田 渉; 石本 貴幸; 倉島 俊; 石堀 郁夫; 奈良 孝幸; 上松 敬; 中島 司*

Okumura, Susumu; Arakawa, Kazuo; Fukuda, Mitsuhiro; Nakamura, Yoshiteru; Yokota, Wataru; Ishimoto, Takayuki; Kurashima, Satoshi; Ishibori, Ikuo; Nara, Takayuki; Agematsu, Takashi; Nakajima, Tsukasa*

サイクロトロンでは、ビーム強度減少などのビーム不安定現象が一般的に生じるため、高精度なビーム制御は困難であった。原研AVFサイクロトロンでは、この原因がサイクロトロン電磁石の鉄心温度上昇による磁場変動であることを突き止め、鉄心温度の定温化によってビーム強度の安定化を確認した。イオンビームによる細胞や材料の微細加工技術の開発に必要なビームサイズ1ミクロンを達成するにはビームエネルギーの最小化が必要で、これにはビーム強度のみならずビーム位相も十分安定化する必要があり、サイクロトロン電磁石が磁場安定度10を達成している必要がある。この磁場安定度測定を実現するには通常用いられるホール素子では精度が不十分であるため、核磁気共鳴(nuclear magnetic resonance:NMR) を利用した測定法を用いる必要があるが、サイクロトロン内部は高磁場(~2T)、高磁場勾配(~10G/cm)、高電磁場ノイズのため従来のNMR磁場測定装置では測定が困難であった。そこで、磁場勾配補正コイルの採用や高電磁場ノイズ対策などを行ったNMR磁場測定装置を開発し、10台の測定精度を実現することでサイクロトロン電磁石の磁場安定度を確認することに成功した。

In the JAERI AVF cyclotron, unstable phenomena, such as beam intensity decrease, were observed. We found that an increase in temperature of the iron body of the magnet induced the drift of the magnetic field. Stabilization of the iron body temperature was achieved. We have developed a nuclear magnetic resonance (NMR) magnetometer with an accuracy of the order of 10 to measure the stability of the cyclotron magnetic field with a large gradient by using a pair of correction coils to reduce the field gradient and by eliminating the effect of the RF.