A rotating target system for high-intensity heavy ion beams

Abstract

To produce the rare nuclei whose formation cross section is extremely low, a high-intensity heavy ion beam is required. Correspondingly, the RIKEN Ring Cyclotron facility plans to increase its accelerator's beam intensity by adopting a new target system. One solution to the problem is to use multiple target arranged on a rotating disk in such a way that one target is irradiated in a short period of time, but is cooled down during the other targets are irradiated. The system consists of two disks. Energy degraders are mounted on disk-1 while targets are on the disk-2. The two disks are controlled by a personal computer so as to move synchronously with pulsed ion beam. The absolute rotating angle of each disk is read by an optical encoder and is feedback to the control system for adjusting. Two operating modes are now prepared, one is a continual rotation mode and another is an intermittent rotation mode. Fast rotation is possible in a continual rotation mode, while small targets can be used in an intermittent rotation mode. A simple calculation of the temperature distribution of the U3O8 target was made. It was assumed that the system is operated synchronously with 50 ms-on pulsed Ti ion beam in an intermittent rotation mode with 10 targets on a disk. This means that each target is irradiated 50 ms-on and 950 ms-off. Calculated temperature at the target center is lower than U3O8 sublimating temperature and thus the system is expected to work effectually.

形成断面積が小さい希少な核を作り出すためには、高強度重イオンビームが必要となる。そこで、新しいターゲットシステムを採用して、理研のリングサイクロトロンの加速器ビームの強度を上げたい。新システムでは複数のターゲットを回転する円盤上に配し、他のターゲットが照射されている間に冷却するようした。試験中のシステムは2つの円盤からなる。一方の円盤にはターゲット、他方にはエネルギー調整器を配し、パソコン制御によって双方がパルスイオンビームに同期して回転する。回転角は光学的に補正する。円盤の回転は一定にする方法と間欠的にする方法が選べる。一定回転の場合には高速で回転させられる一方、間欠的な回転の場合には小さなターゲットでも扱うことができる。ここではU3O8ターゲットについて、温度分布の簡単な計算を行った。10個のターゲットを配した円盤を、50ms周期のTiイオンビームパルスに同期させて間欠回転させるとした。これは、各ターゲットは50msの照射後に950msの冷却を受けることに相当する。ビーム強度は1p micro-Aとした。ターゲットの中心で計算された温度は、昇華したU3O8の温度より低くなっており、このことからシステムが効果的に働くことが期待できる。