Superconducting twin quarter wave resonator for acceleration of low velocity heavy ions

低速度重イオン用2芯1/4波長型超伝導加速空洞の開発

株本 裕史  ; 竹内 末広; 松田 誠  ; 石崎 暢洋  ; 乙川 義憲  

Kabumoto, Hiroshi; Takeuchi, Suehiro; Matsuda, Makoto; Ishizaki, Nobuhiro; Otokawa, Yoshinori

原子力機構東海20MVタンデム型静電加速器の後段には重イオンのエネルギーを増強するために超伝導ブースターが設置されている。ブースターは40個の超伝導加速空洞で構成されるリニアックで、共振周波数は129.8MHz、最適ビーム速度は光速の10%に設計されている。超伝導ブースターでTRIAC施設からの短寿命核・安定核ビーム及びタンデムからの低速度重イオンビームを加速する構想があり、そのためにはより低速度のビーム加速に適した空洞が必要となる。そのプロトタイプとしてLow超伝導加速空洞の開発を行った。空洞は3ギャップの2芯1/4波長型空洞共振器(Twin-Quarter Wave Resonator)であり、最適ビーム速度は光速の6%となっている。中心導体が2本入るタイプの空洞は実用例がほとんどない。また、中心導体と外部胴体の間に流れる超伝導電流をニオビウム製のコンタクトリングで確保するユニークな構造となっている。空洞の試作機を製作し、オフライン性能試験においてQ値910,加速電界5.8MV/m(RF入力4W時)を確認しており、十分、実用に耐えうる性能を確保した。

The JAEA-Tokai tandem accelerator was built for basic science researches with heavy ions. Its superconducting booster was developed for increasing the acceleration energy of ions. We have designed and fabricated a superconducting twin-quarter-wave resonator (Twin-QWR) made of niobium and copper for the acceleration of low velocity heavy ions from TRIAC facility. The resonator has two inner conductors and three acceleration gaps which give a resonant frequency of 129.8 MHz and an optimum beam velocity of 6% of the light velocity. Each inner conductor resonates like in a coaxial quarter-wave line resonator. The resonator was designed to have a separatable structure so that we could treat the inner conductors part fully made of high purity niobium apart from the outer conductor made of niobium and copper. We obtained an acceleration field gradient of 5.8 MV/m at an RF power input of 4 W.