Design of the RF resonators for the new booster ring cyclotrons

Abstract

New booster ring cyclotrons (IRC and SRC) in RI (Radioisotope) beam factory require their acceleration resonators to operate with a wide frequency range from 18 to 38.2 MHz in the case of harmonic number 6. It is also needed to obtain a large gap voltage around 600 kV at 38 MHz. The present acceleration resonator is a single gap type resonator, and the frequency range of the former design was modified. The size of the resonators became larger than the former ones. RF (Radio Frequency) characteristics of the new resonators were investigated by using a three dimensional RF calculation code, MAFIA. The maximum powers for the IRC (Intermediate Ring Cyclotron) and the SRC (Superconducting Ring Cyclotron) resonators were estimated to be 90 and 50 kW per resonator with a peak voltage of 0.6 MV/gap at the highest operational frequency of 38.2 MHz. The maximum acceleration voltage is anticipated to be restricted mainly by cooling problem at the flexible panels. From the MAFIA calculation for the SRC resonator, the maximum power loss at the flexible panel was turned out to be 0.4 W/sq cm at 38 MHz with the gap voltage of 600 kV. The accuracy of the resonant frequencies obtained from the MAFIA calculations was examined by constructing a 1/10 scaled model of the SRC acceleration resonator.

RI(放射性同位体)ビームファクトリーの新しいブースタリングサイクロトロンで(IRCおよびSRC)は、加速共振器が、調和数6で18から38.2MHzまでの広い周波数域で作動することが求められる。また、38MHzでは600kV前後の大きなギャップ電圧を得ることも必要である。現在の加速共振器は、単1ギャップ型で、前設計の周波数領域を変えるようにしたものである。共振器の大きさは前のものより大きくなった。新しい共振器のRF(高周波)特性を3次元RF計算コードMAFIA使って調べた。IRC(中間リングサイクロトロン)とSRC(超伝導リングサイクロトロン)共振器に対する最大電力を、38.2MHzの最高運転周波数で0.6MV/ギャップのピーク電圧の共振器当たり90kWと50kWと推定した。最大加速電圧は主としてフレキシブルパネルでの冷却問題によって制限されると予想される。SRC共振器についてのMAFIAの計算から、フレキシブルパネルでの最大電力損失は、ギャップ電圧600kV、38MHzで、0.4W/平方センチメートルになることが分かった。SRC加速共振器の1/10模型を作って、MAFIA計算で得た共振周波数の精度を調べた。