Design study of sector magnets for RIKEN Superconducting Ring Cyclotron, 1

Abstract

To produce and accelerate RI (Radioactive Isotope) beams, two kinds of SRC (Superconducting Ring Cyclotron) were designed as a post-accelerator for the existing RRC (Riken Ring Cyclotron) in a two-stage scheme: 4-sector SRC (SRC-4) for the first stage and 6-sector SRC (SRC-6) for the second stage. Features of sector magnets together with the field calculation and the orbit analysis were studied. The SRC-6 was expected to boost the energy of an ion beam up to 400 MeV/N for light-heavy ions like carbon ions and 150 MeV/N for very heavy ions like uranium ions. Beam currents more than 100 pico-micro-A was expected for light-heavy ions and those equal to about 0.2 pico-micro-A for 150 MeV/N for uranium ions. To accomplish this requirement, the total velocity gain factor of 2.26 was needed for the two new cyclotrons. Therefore, the velocity gain factors of 1.50 and 1.506 for SCR-4 and SCR-6, respectively, were selected. Magnetic fields and their related characteristics were calculated by three-dimensional code TOSCA. Equilibrium orbits and betatron tunes were calculated using the computer program that had been originally developed for RRC. These results were shown in the diagrams.

RI(放射性同位元素)ビームの生成および加速のために、既存のRRC(理研リングサイクロトロン)の後段加速器として2種の超伝導リングサイクロトロン(SRC)を2段階スキームで設計した。第1段階の4セクタSRC(SRC-4)と第2段階の6セクタSRC(SRC-6)であった。セクタ磁石の性能と共に、磁場計算および軌道解析について検討した。SRC-6は炭素のような軽い重イオンに対してはイオンビームエネルギーを400MeV/N、ウランのように非常に重い重イオンに対しては150MeV/Nにまで加速することを期待した。またビーム電流は軽い重イオンでは100pμA以上、150MeV/Nのウランでは約0.2pμAであることを期待した。この要求を満たすためには、2.26の全速度利得係数が2つの新しいサイクロトロンに対して必要であった。このためにはSRC-4およびSRC-6のそれぞれの速度利得係数を1.50と1.506とした。磁場およびその関連特性を3次元コードのTOSCAにより計算した。また平衡軌道およびベータトロン振動数は従来のRRC用に開発された計算機プログラムにより計算した。これらの結果を図に示した。