Enhancement of beam pulse controllability for a single-pulse formation system of a cyclotron

サイクロトロン・シングルパルス形成システムのためのビームパルス制御性の向上

倉島 俊; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 奥村 進; 田口 光正; 福田 光宏*

Kurashima, Satoshi; Miyawaki, Nobumasa; Kashiwagi, Hirotsugu; Okumura, Susumu; Taguchi, Mitsumasa; Fukuda, Mitsuhiro*

2台のビームチョッパーを用いた原子力機構TIARAのサイクロトロンのシングルパルスビーム形成技術について、ビームの高品位化や高強度化を目的とした改良を実施した。具体的には、マルチターン取り出しに起因する不要ビームパルスを減らすために、ビーム位相幅制御や加速位相を高精度に制御する技術を導入するとともに、正弦波電圧型と鋸歯状波電圧型のビームバンチャーを組み合わせて使用することで、シングルパルスビームの強度を2倍以上に増強することに成功した。その結果、高強度のメインビームパルス以外の不要ビームパルスの混入による質の低下は0.1%以下に抑制され、TIARAサイクロトロンの110の非常に高い磁場安定度と相俟ってこれまでは実現できなかったユーザへの長時間のシングルパルスビーム提供が可能になった。このシングルパルスビームの実用化は、シンチレータの時間プロファイルの解明や中性子の飛行時間計測など、各種実験の精度を向上することに貢献している。

The single-pulse formation technique using a beam chopping system consisting of two types of high-voltage beam kickers was modified to improve the quality and intensity of the single-pulse beam with pulse intervals over 1 s at TIARA cyclotron facility of Japan Atomic Energy Agency. Reduction of the multi-turn extraction number for suppressing the neighboring beam bunch contamination was achieved by restriction of a beam phase width and precise optimization of a particle acceleration phase. In addition, the single-pulse beam intensity was increased by a factor of two or more by a combination of two types of beam bunchers using sinusoidal and saw-tooth voltage waveforms. As a result, a contamination rate of neighboring beam bunches in the single-pulse beam was reduced to less than 0.1 %. Long-term purification of the single pulse beam was guaranteed by the well-controlled magnetic field stabilization system for the TIARA cyclotron magnet. Provision of the high quality intense single-pulse beam contributes to improve the accuracy of experiments for investigation of scintillation light time-profile and for neutron energy measurement by a time-of-flight method.