Beam optics study on single-turn extraction for RIKEN Superconducting Ring Cyclotron

Abstract

Beam dynamics was examined for the Superconducting Ring Cyclotron (SRC) to assess the single turn extraction. The assuring of a single turn extraction is essential for SRC. The last turn separation should be sufficiently larger than the beam width, and the beam quality should be well preserved throughout the acceleration. Design particle is O(7+), accelerated from 127 to 400 MeV/u. The last turn separation of O(7+) is the smallest. The last turn separation is shown as a function of the energy gain ((Delta)E) per turn when the turn separation is determined only by the radio frequency acceleration. A larger amplitude of precession can be induced with a larger (Delta)E. Orbit tracing was carried out using the particles randomly distributed in a four dimensional phase space involving longitudinal and transversal phase spaces. Phase space motion of the last five turns prior to the extraction was shown on the 200 particles. The energy gain per turn was 1.6 MV, which was obtainable when three radio frequency cavities were arranged. Discussions were made about a major resonance to affect the beam quality and the limiting current due to longitudinal space charge forces.

超伝導リングサイクロトロン(SRC)について、1ターン取出を評価するためにビームダイナミックスを調べた。ビーム光学において、1ターン取出を保証することはSRCでは不可欠である。最終ターン分離はビーム幅より充分に大きくなくてはならず、ビームの質は加速を経ても良く保たれる必要がある。設計粒子は、127から400MeV/uまで加速する最終ターン分離が最小であるO(7+)とした。ターン分離を高周波加速だけで定義した場合の最終ターン分離を、ターン当たりのエネルギー利得(ΔE)の関数として示した。首振り運動のより大きな振幅は、より大きなΔEを用いて導入できる。縦および横位相空間を含む4次元位相空間にランダムに分布した粒子を用いて軌道追跡を行った。200粒子について、取出し前の最後の5ターンの位相空間運動を示した。ターン当たりのエネルギー利得は3本の高周波空洞を並べたときに得られる1.6MVであった。ビームの質に影響する主な共鳴と縦空間電荷力による限界電流について議論を行った。