Design of the flat-top acceleration system for the JAERI AVF cyclotron

原研高崎AVFサイクロトロンにおけるフラットトップ加速システムの設計

倉島 俊; 福田 光宏; 中村 義輝; 奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; 田村 宏行; 横田 渉; 奥村 進; 荒川 和夫; 熊田 幸生*; 福本 康志*

Kurashima, Satoshi; Fukuda, Mitsuhiro; Nakamura, Yoshiteru; Nara, Takayuki; Agematsu, Takashi; Ishibori, Ikuo; Tamura, Hiroyuki; Yokota, Wataru; Okumura, Susumu; Arakawa, Kazuo; Kumata, Yukio*; Fukumoto, Yasushi*

原研高崎AVFサイクロトロンでは、フラットトップ加速の実現に向けて共振器の改造を検討している。フラットトップ加速とは、一時的ではあるが加速電圧を均一化することによりビームのエネルギー幅を縮小させるものである。原研高崎においてフラットトップ加速を実施する目的は、高エネルギーマイクロビーム形成やサイクロトロン本体の放射化低減等である。フラットトップ加速電圧を得るために、5倍高周波を用いた。5倍の高周波を基本波と同時に励振させるためには、共振器に5倍波用の空洞を新たに付加する必要がある。予備的なモデル試験を行った結果、基本波周波数11、13、15、20MHz においてフラットトップ電圧波形を確認することができた。また、基本波加速電圧30kV時に必要とされる5倍波の消費電力は約1kWであることが分かった。5倍波空洞を共振器に取り付ける空間を広く確保することが難しいため、可能な限りコンパクトな空洞にすることが設計段階において要求される。また、消費される電力も小さいほど良い。この2点を考慮して空洞の最適形状を検討するために、電磁場解析コード MAFIAを用いて計算を行っている。

A flat-top acceleration system for the JAERI AVF cyclotron has been designed. The fifth harmonic of the fundamental frequency is used to obtain uniform energy gain. To determine optimum parameters of the flat-top system, a cold model test was carried out and flat-top waveforms of the voltages were observed successfully in the whole range of the fundamental frequency. An rf power required for generating a flat-top dee voltage of 30 kV was estimated to be about 1 kW. The design of the flat-top cavity is being modified using the MAFIA code.