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論文

Low-background prebunching system for heavy-ion beams at the Tokai radioactive ion accelerator complex

岡田 雅之*; 仁木 和昭*; 平山 賀一*; 今井 伸明*; 石山 博恒*; Jeong, S. C.*; 片山 一郎*; 宮武 宇也*; 小柳津 充広*; 渡辺 裕*; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 15(3), p.030101_1 - 030101_10, 2012/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:88.84(Physics, Nuclear)

A novel beam-bunching technique has been implemented at a heavy-ion linear accelerator facility by installing a compact two-gap prebuncher and a multi-layer beam chopper. A pulsed beam of 2 to 4 MHz, having kinetic energy up to 1.1 MeV/u, is realized by bunching 2 keV/u continuous beams just upstream of the linac. Around 40% of the continuous beam particles are successively gathered in a single micro-bunch with a time width of around 15 ns in units of full-width at one-tenth maximum. The number of background beam particles over 250 ns just before the bunched beam is well suppressed to less than 10$$^{-4}$$ of the number of bunched particles. This technique has been adopted to generate intense $$alpha$$-particle beams for nuclear astrophysics experiments.

論文

KEKCB electron cyclotron resonance charge breeder at TRIAC

今井 伸明*; Jeong, S.-C.*; 小柳津 充広*; 新井 重昭*; 渕 好秀*; 平山 賀一*; 石山 博恒*; 宮武 宇也; 田中 雅彦*; 岡田 雅之*; et al.

Review of Scientific Instruments, 79(2), p.02A906_1 - 02A906_3, 2008/02

 被引用回数:12 パーセンタイル:46.36(Instruments & Instrumentation)

KEKCBは、18GHzの電子共鳴型(ECR)イオン源で、タンデムに設置された短寿命核分離加速実験装置(TRIAC)の一部として、上流で生成され質量分離された短寿命原子核の1+イオンを、ビーム軸上のECRプラズマに入射することで、多価のイオンへその場変換する装置である。これまでの開発研究によって、クリプトン,キセノン等のガス状元素やバリウム,インジウム等の非ガス状元素に対して、質量/電荷比が7以下の多価イオンにまで変換する効率を、それぞれ7%, 2%にまで向上することができた。また、短寿命な同位元素による測定と比較することで、この変換効率は、1秒程度の半減期を持つ同位元素に対しては、変わらないことを確かめた。従来見られていた出力ビーム中のバックグランドは、プラズマ壁及び電極の全アルミ化,高圧純水洗浄等により、10$$^{8}$$ppsから600ppsにまで落とすことができた。

論文

原子力機構-東海タンデム加速器施設の現状

松田 誠; 竹内 末広; 月橋 芳廣; 花島 進; 阿部 信市; 長 明彦; 石崎 暢洋; 田山 豪一; 仲野谷 孝充; 株本 裕史; et al.

Proceedings of 3rd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 31st Linear Accelerator Meeting in Japan, p.275 - 277, 2006/00

2005年度のタンデム加速器の運転日数は182日であった。加速管の更新により最高端子電圧は19.1MVに達し18MVでの実験利用が開始された。利用イオン種は21元素(28核種)であり、$$^{18}$$Oの利用が全体の約2割で、おもに核化学実験に利用された。p, $$^{7}$$Li, $$^{136}$$Xeの利用はそれぞれ約1割を占め、p, $$^{7}$$LiはおもにTRIACの一次ビームに利用された。超伝導ブースターの運転日数は34日で、昨年度から始まったTRIACの実験利用は12日であった。開発事項としては、タンデム加速器では加速管を更新し最高電圧が19MVに達した。また高電圧端子内イオン源の14.5GHzECRイオン源への更新計画が進行している。超伝導ブースターは1994年以来高エネルギービームの加速に利用されてきたが、近年になりインジウムガスケットに起因する真空リークが発生している。空洞のQ値も下がってきており、対策として空洞に高圧超純水洗浄を施し性能を復活させる試験を進めている。KEKと共同で進めてきたTRIACは2005年3月に完成し、10月から利用が開始された。TRIACからのビームを超伝導ブースターにて5$$sim$$8MeV/uのエネルギーまで加速する計画を進めており、TRIACからの1.1MeV/uのビームを効率よく加速するため、low$$beta$$空洞の開発を行っている。

口頭

Direct measurement of astrophysical $$^8$$Li(d,t)$$^7$$Li reaction

橋本 尚志; 宮武 宇也; 光岡 真一; 西尾 勝久; 佐藤 哲也; 市川 進一; 長 明彦; 松田 誠; 石山 博恒*; 渡辺 裕*; et al.

no journal, , 

宇宙初期での非一様ビッグバン模型や超新星爆発中の元素合成過程においては中性子過剰な環境が作られるため、原子核反応の経路は安定線よりややずれて中性子過剰核を経由して進むと予想される。この過程において$$^8$$Liは安定核の存在しない質量数8を越える鍵となる元素として注目されている。われわれのグループでは$$^8$$Liの関与する反応の断面積を測定することで反応経路を明らかにすることを目的として実験を行っている。最も注目される反応である$$^8$$Li($$alpha$$,n)$$^11$$Bの測定に引き続き、TRIACで$$^8$$Li(d,t)$$^7$$Li, $$^8$$Li(d,p)$$^9$$Li, $$^8$$Li(d,$$alpha$$)$$^6$$Heの反応断面積の測定を行った。この実験で重心系1.5MeV以下のエネルギーにおける反応断面積を世界で初めて測定することができた。また、$$^8$$Li(d,t)$$^7$$Li反応では重心系0.8MeVに異常に大きな断面積の増大が見られた。これは複合核である$$^{10}$$Beに22.4MeVの新たな励起状態が存在することを示唆する。本講演ではこの$$^8$$Li(d,t)$$^7$$Li反応の測定について報告する。

口頭

$$^8$$Li(d,t),(d,p),(d,$$alpha$$)の直接測定

橋本 尚志; 石山 博恒*; 渡辺 裕*; 平山 賀一*; 今井 伸明*; 宮武 宇也; Jeong, S.-C.*; 田中 雅彦*; 野村 亨*; 岡田 雅之*; et al.

no journal, , 

宇宙初期での非一様ビッグバン模型や超新星爆発中の元素合成過程においては中性子過剰な環境が作られるため、原子核反応の径路は安定線よりややずれて中性子過剰核側を進むと予想されている。この過程において$$^8$$Liは安定核の存在しない質量数8の領域を越える鍵となる元素として注目されている。$$^8$$Liを経由する反応の径路を明らかにするため、$$^8$$Li(d,p), (d,t), (d,$$alpha$$)の反応断面積の測定をTRIACで行った。$$^8$$Li(d,t)反応は過去に行われた重心系2.8から1.5MeVでの測定において天体中で重要となる重心系1.5MeV以下のエネルギー領域への断面積の増大の傾向がみられたこと、また重心系0.8MeVに相当する複合核$$^{10}$$Beの励起エネルギー(22.4MeV)に励起準位の存在が示唆されており、その準位からのトライトンの崩壊が観測されていることから複合核過程による断面積の増大が予想された。本測定により世界で初めて重心系1.5MeV以下のエネルギー領域での断面積データを得、重心系0.8MeVで断面積の増大がみられた。断面積の角分布が等方的であることからこの増大は$$^{10}$$Beの22.4MeVの準位の寄与であると考えられる。この共鳴の寄与よって天体核反応率は元素合成の起こる温度である10$$^9$$K付近では従来考えられていたよりも1桁大きくなることが明らかとなった。本講演では実験の概要と$$^8$$Li(d,t)反応の解析結果、及び$$^8$$Li(d,t),(d,$$alpha$$)の解析について報告する。

口頭

KEKCB; ECR charge breeder at TRIAC

今井 伸明*; Jeong, S.-C.*; 小柳津 充広*; 新井 重昭*; 渕 好秀*; 平山 賀一*; 石山 博恒*; 宮武 宇也; 田中 雅彦*; 岡田 雅之*; et al.

no journal, , 

KEKCBはTRIACにおける一価のイオンを多価イオンに変換するためのECR型イオン源である。KEKCBを用いることで、一価の気体イオン及び非気体イオンを、A/q$$simeq$$7について、それぞれ7%及び2%の効率で多価イオンに変換することができた。これらの効率は秒オーダーでは半減期によらないことがわかった。また、3つのコリメータをKEKCBの前後に設置してビーム軸を規定することで、KEKCBへのビーム入射時のビームハンドリングが容易となった。さらに、電極及びプラズマチェンバー表面の研磨・洗浄により、KEKCBのECRプラズマからの不純物が劇的に減少した。

口頭

The RI beams from the Tokai Radioactive Ion Accelerator Complex (TRIAC)

長 明彦; 阿部 信市; 遊津 拓洋; 花島 進; 石井 哲朗; 石崎 暢洋; 株本 裕史; 沓掛 健一; 松田 誠; 中村 暢彦; et al.

no journal, , 

東海放射性核種ビーム加速器施設(TRIAC)では、タンデム加速器の陽子や重イオンビームを用いて生成した放射性核種をオンライン同位体分離器で分離し、再加速することができる。2005年の実験共用開始から、ウラン核分裂生成物や$$^{8}$$Liのビームを実験・研究に提供している。$$^{8}$$Liの生成には99%濃縮$$^{13}$$C同位体焼結標的を用いていた。この標的を装着したイオン源システムからのLiの放出時間は3.2秒と長く、新たに開発する$$^{9}$$Li(T$$_{1/2}$$=0.2秒)ビームの生成には適さない。われわれは速い放出時間を持つチッ化ボロン標的の開発を行い、毎秒10$$^{4}$$個の$$^{9}$$Liビームの生成に成功した。

口頭

$$^{12}C(alpha,gamma)^{16}O$$実験のための2-4MHzパルスイオンビームの開発

仁木 和昭*; 新井 重昭*; 石山 博恒*; 岡田 雅之*; 牧井 宏之; 宮武 宇也; 渡辺 裕*

no journal, , 

TRIACでは$$^{12}$$C($$alpha,gamma$$)実験が計画され、250ns以上の間隔でパルス化したビームが要求されている。TRIACは26MHzのRFQで加速するため約38ns間隔のビームとなる。これを250ns以上にするためRFQの前に周波数可変で鋸歯状波のバンチングが得られるプリバンチャーとS/Nを向上させるためのチョッパーを設置した。本報告ではその設計制作,ビーム試験の結果等を述べる。

口頭

Beam test of sawtooth-wave pre-buncher coupled to a multilayer chopper

岡田 雅之*; 石山 博恒*; 片山 一郎*; 宮武 宇也*; 仁木 和昭*; 渡辺 裕*; 牧井 宏之; 新井 重昭*

no journal, , 

In TRIAC (Tokai Radioactive Ion Accelerator Complex), intense bunched beams are planned for measurements of $$^{12}$$C($$alpha,gamma$$) reactions. For 2-4 MHz bunching to the 26 MHz linac beams, sawtooth-wave pre-buncher has been developed. Since the wave applied to the pre-buncher is pseudo sawtooth shape synthesized from three sine waves, particles in out-of-bunch phase become backgrounds to the bunched beams. In order to remove them, a multilayer chopper has been newly installed upstream the pre-buncher. The multilayer chopper has 20 electrodes (40 mm wide, 10 mm long, and 0.1 mm thick) piled up with gaps of 1.9 mm in vertically to the beam direction. And a square-shape electric potential (100 V maximum, 2-4 MHz) is applied to each electrodes alternately. The short gap makes it possible to realize sharp beam-chopping with relatively low electric potential and weak leakage electric field, although beam particles could be lost by 5% or more, since this chopper is set on the way of beams. As a result, the ratio of bunched particles to backgrounds has been improved from 3:1 to 99:1 by the chopper. High intensity beam test by $$^{16}$$O$$^{4+}$$ beam will be also reported.

口頭

Design and test of 2-4 MHz sawtooth-wave pre-buncher for 26 MHz-RFQ

仁木 和昭*; 石山 博恒*; 片山 一郎*; 宮武 宇也*; 岡田 雅之*; 渡辺 裕*; 牧井 宏之; 新井 重昭*

no journal, , 

The measurement of $$^{12}$$C($$alpha,gamma$$) reaction is planned at TRIAC (Tokai RadioIsotope Accelerator Complex). An intense pulsed $$alpha$$ beam with the width of less 10 ns and the interval between 250 ns and 500 ns is required for this experiment. Because the Split Coaxial RFQ(SCRFQ), which is one of the TRIAC accelerators, has a radio frequency of 26 MHz, the bunch interval becomes 38.5 ns. In order to make the bunch interval of 250 ns or more, the pre-buncher with a frequency of 2-4 MHz, is considered to be installed upstream of the SCRFQ. It is designed as the pre-buncher has two gaps with non-Pi mode. In order to make the bunching beam profile like a pseudo sawtooth-wave, the RF voltage synthesized three harmonic frequencies is applied to these gaps. Consequently, the pre-buncher has a compact size and no leakage electric field outside gaps, and can keep the RF voltage low. Recently, the beam test of this pre-buncher with a case of 2 MHz-RF and SCRFQ was performed by using $$^{16}$$O$$^{4+}$$ and $$^{12}$$C$$^{3+}$$ beams. The clear bunch structure with a interval of 500 ns was obtained by the SSD set downstream of the SCRFQ. The results of the beam test are almost consistent with those of the beam simulation code.

口頭

低バックグラウンドなプリバンチシステムのビームテスト

岡田 雅之*; 石山 博恒*; 片山 一郎*; 仁木 和昭*; 宮武 宇也*; 渡辺 裕*; 牧井 宏之; 新井 重昭*

no journal, , 

TRIACは26MHz SCRFQと52MHz IH Linacからなる重イオン加速器である。現在、TRIACでは$$^{12}$$C($$alpha,gamma$$)$$^{16}$$O反応の測定実験が計画されている。この実験では2-4MHzの大強度低バックグラウンドなパルスビームが要求され、そのためにプリバンチシステムが作製された。プリバンチシステムは2-4MHzの周波数可変で鋸歯状波によるバンチが可能な2Gap型プリバンチャーと多層チョッパーで構成されており、昨年試作機によるテストを行った。今回、試作機の結果をもとに実機を作製し$$^{16}$$O$$^{4+}$$ビームを用いてバンチテストを行った。その結果、プリバンチャーによる中心バンチの増加率であるバンチゲインは4.5、全ビーム中バックグラウンドの比が約2%(実験上特に重要なパルス前250nsでは10$$^{-6}$$以下)であった。この値は十分実験の要求を満たしている。今後、大強度$$alpha$$ビームによるテストを行う予定である。

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