Design study of the IRC for RIKEN RI-Beam Factory

Abstract

RIKEN Intermediate Ring Cyclotron (IRC) is a booster ring cyclotron, which accelerates the beams extracted from the existing RIKEN Ring Cyclotron (RRC). The performance required for the IRC is that the maximum energy is 126.7 MeV/nucleon and the maximum magnetic rigidity is 4.57 Tm. The IRC consists of four sector magnets, two main Radio Frequency (RF) resonators, one flattop resonator, and injection and extraction devices. A fundamental structure of the sector magnets for the IRC is quite similar to that for the RRC. A cross sectional size of the main coil is 160 mm width and 390 mm height. The magnet is equipped with 20 sets of trimcoils. Purcell gap of 1 mm is designed to be set between the pole and the yoke. Magnetic fields of the IRC were calculated by using TOSCA-3D magnetic field calculation program. The equilibrium orbits and the isochronous conditions were calculated using the results of magnetic field calculation. The currents of main coil and the trimcoil were optimized by iterations of the field calculations. A single gap type resonator was adopted for the main RF resonators.

理研中間リングサイクロトロン(IRC)はブースタリングサイクロトロンで、既存の理研リングサイクロトロン(RRC)から取出したビームを加速する。IRCに対する要求性能は、最大エネルギーが126.7MeV/核子で最大磁気剛性が4.57Tmである。IRCは、4台のセクタ磁石、2台の主高周波(RF)共振器、1台のフラットトップ共振器、および入射と取出し装置で構成する。IRCのセクタ磁石の基本構造はRRCのそれに酷似している。主コイルの断面サイズは幅が160mmで高さが390mmである。磁石は20組のトリムコイルを備えている。ポールとヨークの間には1mmのPurcellギャップを置くように設計している。IRCの磁場はTOSCA-3D磁場計算プログラムを用いて計算した。平衡軌道と等時性条件は磁場計算の結果を用いて計算した。主コイルとトリムコイルの電流は磁場の計算を繰り返して最適化した。主RF共振器には単1ギャップ型共振器を採用した。