The Superconducting Ring Cyclotrons for RIKEN RI Beam Factory

Abstract

The design of a post-accelerator SRC (Superconducting Ring Cyclotron) of RRC (RIKEN Ring Cyclotron) was modified to adopt a two-stage scheme. In the two-stage scheme, it consists of two kinds of SRC, a 4-sector SRC (SRC-4) and a 6-sector SRC (SRC-6), in place of a very large SRC of a previous single stage scheme. This two-stage scheme has two big advantages. One advantage is that SRC-4 beams can be simultaneously used in both the existing facility and the new one. Another advantage is that it becomes no need to fabricate a huge length of the cold mass and generate huge electromagnetic force applied on it. The maximum beam energy of SRC-6 is set to 400 MeV/nucleon for light heavy ions. The energy should be achieved at 38 MHz, which is the maximum rf frequency to be stably operated in the injector of RIKEN heavy-ion Linac (RILAC). Then the two SRCs can amplify the velocity of RRC output beam by a factor of 2.26. Harmonic number of SRC-4 is 7 and that of SRC-6 is 6. The velocity gain factor of SRC-4 is 1.50 and that of SRC-6 is 1.51. The mean injection and extraction radii of SRC-4 are 2.77 m and 4.15 m, respectively, and those of SRC-6 are 3.56 m and 4.15 m, respectively. The maximum magnetic fields required for SRC-4 are 1.9 T and those for SRC-6 are 4.2 T. The two-stage cascade of SRCs boosts energies of heavy ion beams up to 400 MeV/nucleon for carbon ions, 300 MeV/nucleon for krypton ions, and over 100 MeV/nucleon for uranium ions. At present the detailed design of SRC-6 is under consideration.

RRC(理研リングサイクロトロン)の後段加速器であるSRC(超伝導リングサイクロトロン)の設計を、2段スキームに変更した。2段スキームにおいては、以前の1段スキームの非常に大きな１基のSRCの代わりに、4セクタのSRC(SRC-4)と6セクタのSRC(SRC-6)という2種のSRCから成っている。この2段スキームには、2つの大きな利点がある。1つには、SRC-4ビームが既存の施設と新しい施設において同時に利用可能であることである。もう1つには、巨大な長さの冷却部を作る必要のないこと、およびそこに掛ける巨大な電磁力を生成する必要のないことである。SRC-6の最大ビームエネルギーを、軽い重イオンについて核子当たり400MeVに設定した。このエネルギーは、理研線形加速器(RILAC)の入射装置で安定に運転される最大高周波周波数である38MHzで達成されるはずである。それで、2基のSRCがRRCの出力ビーム速度を2.26倍に増幅できる。SRC-4の高調度は7であり、SRC-6では6である。SRC-4の利得係数は1.50であり、SRC-6では1.51である。SRC-4の平均の入射半径と取り出し半径は、それぞれ2.77mと4.15mであり、SRC-6では3.56mと4.15mである。SRC-4に必要な最大磁場は1.9Tであり、SRC-6では4.2Tである。SRCの2段カスケードは、重イオンビームのエネルギーを、炭素イオンでは核子当たり400Mev、クリプトン・イオンでは300MeV、ウラニウムイオンでは100MeV以上にまで高める。現在、SRC-6の詳細設計を検討中である。