Simulation of the ion trajectories in the gas-filled recoil separator

Abstract

The RIKEN Gas-filled Recoil Isotope Separator (GARIS) is used to separate the fusion reaction products from the primary beam with a high transmission efficiency. However, the cross-sections of the new produced isotopes can not be discussed because of the ambiguous transmission efficiency of the GARIS. Therefore, the improvement of the simulation code of the ion trajectories in the GARIS is conducted in order to calculate its transmission efficiency followed by the experimental cross-sections. The code is also useful to determine the parameters of the dipole magnet, two quadrupole magnets, and the gas pressure in the GARIS. To check the magnets flux density in the code, the experiment was simulated, in which (36)Ar(5+) ions passed through 1.5 micrometer Al foil at the target position and various charge states of Ar-36 were created, and the calculated image of (36)Ar(13+) ions was shown. The calculated image size was 0.7 cm in horizontal direction and 0.9 cm in vertical direction, while the measured value was 1.0 cm in both directions. This discrepancy is probably due to the calculation of the angular spreads of ions. Furthermore, the deviations of the calculated horizontal positions of the image center at the focal plane for all charge states from the experimental ones were between 3 cm and 5 cm on the high magnetic rigidity side. This suggests that the magnetic flux density in the code is slightly weaker than the actual field at the same current.

理研のガス充填反跳同位体分離装置(GARIS)は核融合反応生成物と高透過効率を持つ1次ビームを分離するのに使われる。しかし、生成された新しい同位体の断面積について議論しようとしても、GARISの透過効率がはっきりしないため、それができない。このため、透過効率を計算し、実験により断面積を決定するために、GARISのイオン飛跡のシミュレーションコードの改良を行っている。このコードは、GARISの二重極磁石、2個の四重極磁石、ならびにガス圧といったパラメータを決定するのにも使える。このコードで磁束密度を点検するため、ターゲット位置において1.5マイクロメートルのAl箔を(36)Ar(5+)イオンが通過し、Ar-36の種々の荷電状態が発生する実験のシミュレーションを行い、(36)Ar(13+)イオンの計算画像を示した。画像の大きさの計算値は水平方向で0.7cm、垂直方向で0.9cmであったが、測定値は両方向とも1.0cmであった。この相違はおそらくイオンの角度広がりの計算に起因するものと思われる。また、すべての荷電状態に対する焦点面における画像中心の水平位置の計算と実験値との差は、磁気剛性率の高い側で3?5cmであった。このことは、このコードでの磁束密度は同一電流において実際よりやや弱く出ることを示している。