Orbit analysis of RIKEN Superconducting Ring Cyclotron

Abstract

The RIKEN superconducting ring cyclotron utilizes the leakage magnetic field in its valleys in order to increase the vertical focusing force. To cancel the magnetic field outside the cyclotron vault, two methods were considered. One method is to use an iron plate of 16 cm thickness surrounding the vault, and the other is to use shielding coils of 12 meter radius. The former method decreased vertical betatron frequency by 0.01. However, the latter hardly changed the betatron frequency. The latter method was adopted from the viewpoint of construction cost. Attention should be paid to the difference between the calculation model and the real magnet in a mechanical design of the sector magnet. A simple model was taken, and iron poles were considered to be solid plates. The real iron poles have many holes and cuts for fixing the main coil vessels, trim coil vessels, pole links, and so on. Equivalent hysteresis curves were used for modeling the holes of the iron pole. The final structure of the sector magnet will be determined to satisfy the conditions that the minimum value of the vertical betatron frequency should be larger than 1.05 and the maximum should be smaller than 1.5.

理研超伝導リングサイクロトロンは垂直集束力を増すためにその底部に漏れ磁場を利用している。サイクロトロンボールトの外側で磁場を打ち消すために、2つの方法を考えた。1つはボールトを囲む厚さ16cmの鉄板を用いる方法で、もう1つは半径12mの遮蔽コイルを用いる方法である。前者は垂直ベータトロン振動数を0.01だけ減らしたが、後者ではベータトロン振動数はほとんど変わらなかった。建設コストの観点から、後者の方法を採用した。セクタ磁石の機械的設計については、計算模型と実際の磁石との違いに注意しなければならない。簡単な計算模型を採用し、鉄ポールを固体板と考えた。実際の鉄ポールは主コイル容器、トリムコイル容器、ポールリンクなどを固定する多くの穴と切り込みを持っている。鉄ポールの穴を模型化するために、等価なヒステリシス曲線を用いた。セクタ磁石の最終構造は、垂直ベータトロン振動数の最小値が1.05以上で、最大値が1.5以下の条件を満足するように決められる。