単極性静電ステアラーが引き起こすレンズ効果とその軽減対策

Lens effect of unipolar electrostatic steerers on low-energy ion beams and its effective reduction

遊津 拓洋  ; 松田 誠  ; 沓掛 健一 

Asozu, Takuhiro; Matsuda, Makoto; Kutsukake, Kenichi

原子力科学研究所のタンデム加速器では、大電流化へ向けて高電圧ターミナルへ電子サイクロトロン共鳴イオン源を設置したが、高電圧ターミナル内でのビーム輸送効率が低かった。そこでビーム軌道のシミュレーションを行ったところ、静電ステアラーが強力なレンズ効果を持ち、ビーム下流の光学機器で十分に軌道修正ができないことがわかった。静電ステアラーは平行平板上の電極に電圧を印加し、電極間の電界によってイオンビームを偏向させる装置である。高電圧端子の静電ステアラーは対の電極板の両方に正の高電圧を印加するため電極間に高電位が生じ、これがレンズ効果を引き起こすと考えられる。レンズ効果を抑える方法として、電極電圧を必要最低限の値に制御することとした。シミュレーションにより、電極電圧を10分の1に設定することで、レンズ効果をビーム光学上問題にならない程度に抑えられることを明らかにした。実際に静電ステアラー制御回路に改良を加えてビーム調整試験を行い、ビーム輸送効率が大きく向上することを確認した。

The JAEA-Tokai tandem accelerator has two ion injectors, one is the negative ion injector placed on the ground and the other is the positive ion injector in the high voltage terminal. The electrostatic steerers in the high voltage terminal are used for ion beams from the both injectors. Because the beams from the negative ion injector gain high energy at the 20MV terminal, the electrodes of the electrostatic steerers are designed to be supplied several ten kV. The high voltages are supplied by two unipolar DC power supplies and they are controlled as the sum of the voltages keeps constant. The high electric potential between the electrodes affects the beam trajectory as an electrostatic lens. The potential must be too high for the low energy ion beams from the positive ion injector on the 100kV deck. We simulated the beam trajectory by calculation and evaluated the strength of the lens effects. We report the results and the effective reduction for the lens effect.