粒子加速器における非破壊での遅いビーム取り出し手法の研究

Study of non-destructive slow beam extraction method in particle accelerator

永山 晶大; 原田 寛之  ; 下川 哲司*; 山田 逸平 ; 地村 幹 ; 山本 風海   ; 金正 倫計  

Nagayama, Shota; Harada, Hiroyuki; Shimogawa, Tetsushi*; Yamada, Ippei; Chimura, Motoki; Yamamoto, Kazami; Kinsho, Michikazu

リング型粒子加速器であるシンクロトロン加速器ではリング内にビームを溜め込み、周回させながら加速したビームを徐々に供給する「遅い取り出し」技術で最先端の物理実験や放射線がん治療を実現している。従来の手法では、周回ビームと取り出しビームの間に電場分布を切り分ける電極を挿入する必要がある。現在の手法では、取り出し時に発生するビーム衝突が原理的に解決できず、機器の故障や出力制限の原因となっている。そこで、ビーム軌道上に挿入される電極を廃した新たな手法に基づく非破壊型静電セプタムを考案し、現在開発を進めている。従来型の静電セプタムと同等に粒子を周回ビームから蹴り出す為には、境界面で不連続のギャップを持つ階段関数のような分布の力を発生させるのが理想である。本発表では階段関数に近い分布のローレンツ力を真空中に発生させるための電極・電流路配置の最適化の計算方法や、発生させるローレンツ力によるビーム軌道の計算結果について報告する。また、現在進行中である本手法の原理実証に向けて開発した小型原理実証機についても紹介し、今後の展望についても議論する。

Synchrotron accelerators realize physics experiments and radiation cancer treatment using the slow extraction technique, in which beams are stored in the ring and gradually delivered. We have devised and are currently developing a "non-destructive electrostatic septum" based on a new method, which in principle cannot be solved by conventional methods and is a cause of equipment failure and output limitation. It is ideal to generate a force distribution similar to a staircase function with discontinuous gaps at the boundary. In this presentation, we will show the calculation method for optimizing the electrode and wire configuration to generate a Lorentz force with a distribution similar to a staircase function in vacuum, and the calculation results of the beam breakup due to the generated Lorentz force. The compact proof-of-principle machine developed for the ongoing demonstration of this method will also be introduced.