Single-turn extraction technique for the JAERI AVF cyclotron

原研AVFサイクロトロンにおけるシングルターン取り出し技術

倉島 俊; 宮脇 信正; 奥村 進; 石堀 郁夫; 吉田 健一; 柏木 啓次; 福田 光宏; 奈良 孝幸; 上松 敬; 中村 義輝

Kurashima, Satoshi; Miyawaki, Nobumasa; Okumura, Susumu; Ishibori, Ikuo; Yoshida, Kenichi; Kashiwagi, Hirotsugu; Fukuda, Mitsuhiro; Nara, Takayuki; Agematsu, Takashi; Nakamura, Yoshiteru

原研AVFサイクロトロンでは、高エネルギーイオンビームの生物への照射効果や宇宙用半導体のシングルイベント効果の研究をより微細な領域で行うために、集束方式のマイクロビーム形成技術によりビームスポット径及び照準位置精度1ミクロンを目指して研究開発を行っている。サイクロトロンによって加速されたビームをスポット径1ミクロンに集束させるためには、四重極レンズでの色収差の影響を考慮する、ビームのエネルギー幅を0.02%以下にする必要がある。そこで、エネルギー幅を最小化するために、加速電圧波形を最適化してビームのエネルギー利得を均一化するフラットトップ加速技術の開発を行っている。フラットトップ加速を実現するためには、一つのビームバンチを一度に取り出すシングルターン取り出しが必要条件である。シングルターン取り出しを簡便に確認するために高分解能デフレクタプローブを開発し、ネオン260MeVのビーム開発を行った結果、従来に比べて短時間でシングルターン取り出しが可能になった。また、高エネルギーのプロトンビームのフラットトップ加速も行い、従来に比べて高い引き出し効率が得られ、放射化を低減できることがわかった。

A flat-top acceleration system using fifth-harmonic frequency for the JAERI AVF cyclotron was developed to minimize the energy spread of an ion beam mainly for microbeam formation with a spot size of 1 micron in diameter by focusing with a set of quadrupole magnets. A single-turn extraction is an indispensable condition to reduce the energy spread without significant beam loss by the flat-top acceleration. In order to save time for the single-turn extraction tuning over measuring time distribution of the beam bunch, a deflector probe has been developed to observe the turn separation and the radial beam width. In this paper, we report the single-turn extraction technique with the deflector probe. As a result of beam developments, the single-turn extraction can be achieved in one or two hours and radioactivity of the deflector electrode can be also reduced in the acceleration of a high energy proton beam.