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A Liquid-helium-free superconducting coil system forming a flat minimum-magnetic-field distribution of an electron cyclotron resonance ion source

超電導ECRイオン源におけるフラットBmin形状を構築するためのコイルシステム

吉田 健一; 奈良 孝幸; 齋藤 勇一; 横田 渉

Yoshida, Kenichi; Nara, Takayuki; Saito, Yuichi; Yokota, Wataru

近年のECRイオン源研究では閉じ込め磁場強度の増加だけでなく軸方向のミラー閉じ込め磁場強度B$$_{rm min}$$も多価イオン生成効率に関係すること、さらに従来はクラシカルタイプが一般的であったそのB$$_{rm min}$$形状もフラットタイプの方が多価イオン生成効率が高いことが分かってきた。一方、超電導技術の観点からは、GM冷凍機による伝導冷却型の超電導装置は非常に有利であるが、フラットタイプのB$$_{rm min}$$形状にするには複数のソレノイドコイルが必要になるために熱侵入が多くなり、伝導冷却型では冷凍機が多数必要になってしまう。そこで、フラットB$$_{rm min}$$形状について、低インダクタンスかつ少ない電流導入数で実現できるような磁気回路を考案した。本論文では、このフラットB$$_{rm min}$$に特化した液体ヘリウムを使用しない超電導ECRイオン源の開発について報告する。この磁気回路は、フラットB$$_{rm min}$$の形成を2つの閉じ込め用コイルの他に複数の中心コイルで行った。さらに、電流導入数を少なくするため、その中心コイルをシリーズに繋ぎ、様々なB$$_{rm max}$$でもフラットB$$_{rm min}$$形状となるよう、コイル形状を工夫した。

Recent studies about ECRIS have revealed that not only the maximum magnetic field (B$$_{rm max}$$) but also the minimum field(B$$_{rm min}$$) has effect on the production ability. A superconducting ECRIS which can change the B$$_{rm min}$$ distribution with plural solenoids shows that a flat distribution of B$$_{rm min}$$ (flat B$$_{rm min}$$) gives better performance in highly charged ion production than classical B$$_{rm min}$$. Superconducting device of conduction cooling type is useful, because a Lq-helium system needs a large quantity of Lq-helium to be supplied at after every quench. However, many refrigerators are necessary to keep low temperature against the heat through the current leads of a number of coils to form flat-B$$_{rm min}$$. Therefore, we have designed a coil configuration which can adjust B$$_{rm max}$$ and flat-B$$_{rm min}$$ with the minimum lead number of four. The flat-B$$_{rm min}$$ is formed by three central coils connected one another between the mirror coils. There is another pair of coils to adjust B$$_{rm max}$$ of the injection side keeping flat B$$_{rm min}$$ unchanged.

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