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論文

An Energy spread minimization system for microbeam generation in the JAERI AVF cyclotron

福田 光宏; 倉島 俊; 宮脇 信正; 奥村 進; 神谷 富裕; 及川 将一*; 中村 義輝; 奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 210, p.33 - 36, 2003/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:63.13

数百MeVの重イオンマイクロビームはバイオ研究に必要とされる重要なプローブである。原研AVFサイクロトロンでは、生体機能解明研究に適した260MeV $$^{20}$$Ne$$^{7+}$$マイクロビームのシングルイオンヒット技術の開発を行っている。ビーム径1$$mu$$mのマイクロビームを生成するためには、集束レンズでの色収差の影響を最小限に抑えるようにビームのエネルギー幅を$$Delta$$E/E=0.02%にする必要がある。サイクロトロンビームのエネルギー幅は加速電圧波形と位相アクセプタンスに依存し、正弦波を用いた従来の加速法では0.1%が通例である。第5高調波電圧を基本波電圧に重畳することによりエネルギー利得の均一化に必要なフラットトップ電圧波形を作ることができ、エネルギー幅の最小化が実現される。そこで、既設の基本波共振空洞に連結し、基本波周波数の5倍の周波数帯域(55-110MHz)の第5高調波を発生させるための同軸型共振空洞を設計・製作した。パワー試験において、ディー電極の端部に設置した加速電圧ピックアップ電極からの信号をモニターすることにより、第5高調波電圧が基本波電圧に正常に重畳されていることを確認した。

論文

Flat-top acceleration system for the variable-energy multiparticle AVF cyclotron

福田 光宏; 倉島 俊; 奥村 進; 宮脇 信正; 上松 敬; 中村 義輝; 奈良 孝幸; 石堀 郁夫; 吉田 健一; 横田 渉; et al.

Review of Scientific Instruments, 74(4), p.2293 - 2299, 2003/04

 被引用回数:14 パーセンタイル:36.6(Instruments & Instrumentation)

3種類の加速ハーモニクスモード(h=1,2,3)を有するエネルギー可変・加速粒子多種類型AVFサイクロトロンにおけるイオンビームのエネルギー幅最小化に最適なフラットトップ加速システムの検討を行い、基本波加速電圧にその5倍の周波数を持つ高調波電圧を重畳する方法が最適であることを理論的に明らかにした。第5高調波を用いたフラットトップ加速は、高調波電圧発生に必要な増幅器パワーと共振空洞内の消費パワーを最小化し、1ターン当たりのエネルギー利得を増大させるという特長を持っている。そこで、原研AVFサイクロトロンにおいては、ビーム径1$$mu$$mのマイクロビーム形成を実現するため、ビームエネルギー幅を0.02$$%$$以下に最小化するフラットトップ加速システムの仕様検討を行い、加速電圧安定度の許容値が基本波2$$times$$10$$^{-4}$$以下、第5高調波1$$times$$10$$^{-3}$$以下、加速電圧位相安定度許容値が0.2$$^{circ}$$以下、磁場安定度許容値が1.9$$times$$10$$^{-5}$$以下であることを定量的に示した。本仕様を踏まえ、コールドモデル試験及び電磁場解析コードMAFIAを用いた計算により、コンパクトで省パワー性に優れた第5高調波発生用共振空洞を設計した。

論文

Stabilization of cyclotron magnetic field strength by means of magnet temperature control

奥村 進; 倉島 俊; 石本 貴幸*; 横田 渉; 荒川 和夫; 福田 光宏; 中村 義輝; 石堀 郁夫; 奈良 孝幸; 上松 敬; et al.

Proceedings of 13th Symposium on Accelerator Science and Technology, p.283 - 285, 2001/00

サイクロトロンの磁場の変化によるビームの不安定性が近年大きく取り上げられている。前回の本研究発表会では、原研AVFサイクロトロンにおいては運転開始後、電磁石ヨークが主にメインコイルの放熱により数十時間にわたって上昇を続け、このためにビーム電流が減少することを突き止めたことを報告した。その後、さらに詳細なヨーク温度の分布泳ぎ磁場強度の時間変化を測定するとともに、熱解析コードによるシミュレーションも加えて検討した結果、主な熱源がメインコイルとトリムコイルであることを明らかにした。これに基づいて、メインコイルの放熱を断熱する装置と、ハーモニックコイルの温度をコイル電流に依らずに一定にする装置を設置した。試験運転では、運転開始50時間後もビーム電流を初期値の90%に保つという良好な結果を得た。一方で、これまで見えなかったサイクロトロン室の空気温度の影響が現れるなどの問題も出てきた。

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