Design of a resonator for a flat-top acceleration system in RIKEN AVF cyclotron

Abstract

A resonator for a flat-top acceleration system in the RIKEN (Institute of Physical and Chemical Research) AVF (Azimuthally Varying Field) cyclotron is designed to improve the extraction efficiency and the energy spread of beam. In order to generate the flat-top accelerating voltage on the dee, an additional resonator or a transmission line is required, which is coupled to the fundamental frequency resonator with a coupling capacitor. Structure and RF (Radio Frequency) characteristics of the resonator designed for the flat-top acceleration system are described. A layout of the AVF cyclotron is shown. The additional resonator is employed to excite a higher harmonic resonance in the AVF resonator with the frequency five times of the fundamental frequency, but without large shift in the fundamental frequency. The fifth harmonic resonance frequency is generated by adjusting both the position of the movable short plate and the coupling capacitance of the additional resonator. The RF characteristics of the resonator were calculated with the transmission line approximation. Shunt impedance was calculated as a function of the fifth harmonic resonance frequencies. A capacitive divider is used to match the input impedance of the additional resonator to the output impedance of the wide band amplifier. The capacitive divider consists of a coupling capacitor and a variable capacitor.

ビームの取出し効率およびエネルギー広がりを改善するため、RIKEN(理化学研究所)AVF(周回変動磁場型)サイクロトロンにおけるフラットトップ加速システム用の共振器を設計した。ディーにフラットトップ加速電圧を生成するために、基本周波共振器に結合コンデンサを結合した付加的共振器または伝送線路を必要とする。フラットトップ加速システムのために設計した共振器の構造およびRF(高周波)特性を述べた。AVFサイクロトロンのレイアウトを示した。AVF共振器で基本周波数に大きなシフトを生じさせずに基本周波数の5倍の高調波共振を励起するために付加的共振器を用いた。可動短板の位置および付加的共振器の結合容量を調整して第5高調波共振周波数を発生した。共振器のRF特性を伝送線近似で計算した。第5高調波共振周波数の関数として分路インピーダンスを計算した。付加的共振器の入力インピーダンスを広帯域増幅器の出力インピーダンスに整合させるため容量分圧器を用いた。結合コンデンサと可変コンデンサで容量分圧器を構成した。