加速器とKlystronその一...図1 Klystronの構成図.左図は各部名称を表し,右図は電子ビームの集群の 様子を表す. 13J. Particle Accelerator Society
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RIビームファクトリーの加速器群とそのコミッショニングについて
理化学研究所
仁科加速器研究センター
加速器技術開発グループ
大西 純一
SPring-8加速器運転10周年記念講演会 2007.2.16
1.RIBF施設概要
2.超伝導リングサイクロトロン(SRC)
3.コミッショニング
ファーストビーム 2006/12/28
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RIRIビームファクトリー発生系施設(写真)ビームファクトリー発生系施設(写真)
※加速器と実験設備はすべて地下室に収容されます。
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より大きな生成断面積を得るため、核子あたり350MeVのウランビーム(238U88+)が必要
RIBFによる新しい不安定核の生成
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RRC fRC IRC SRC
K値(MeV) 540 570 980 2500
速度ゲイン 4 2 1.5 1.5
ハーモニックス 9 12 7 6
RF周波数(MHz) 18-38 54.75 18-38 18-38
加速器の構成
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ウラン加速
18GHz ECRIS RILAC RRC fRC IRC SRC
238U 電荷数 35+ 35+ 35+ 71+ 86+ 86+
RF周波数(MHz) 27.38 18.25 54.75 36.5 36.5
エネルギー(MeV/核子) 0.68 11 50 114 345
ビーム量(Particle nA) 1402
(2007年目標値)
1.チャージストリッパー②と③を使用する。ストリッパー②は約19%、ストリッパー3は約34%の収量がある。
2.ウラン345MeV/uの目標ビーム強度は、1pμA(82kW)である。28GHz超伝導イオン源の導入で実現をめざす。
3.当面の加速予定のイオン種には238Uの他に48Ca, 86Kr, 136Xeがある。
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RIBF の目指すエネルギーと強度
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超伝導リングサイクロトロン(SRC)
建設中 完成後
K値 2500 MeV
セクター数 6
重量 約8000トン
軌道最大磁場 3.8 T
入射半径 3.56 m
取り出し半径 5.36m
共振器数 4+1(FT)
RF周波数 18 – 38 MHz
RF電圧 550 kV
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メインコイル トリムコイル
導体Al安定化NbTi線15mm x 8mm
Al安定化NbTi線15mm x 8mm
定格電流値 5000 A 3000 A
コイル数 1対/セクター 4対/セクター
巻数と巻線方式
18列22層ソレノイド巻き
ダブルパンケーキ巻き
冷却方式 LHe浸漬冷却LHe気液2相流による間接冷却
超伝導メインコイルとトリムコイル
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000メインコイル電流 (A)
B (T
)
ポールギャップ 640mm
励磁曲線(R=5.4m)
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RIBF加速器関係建設スケジュール
年度 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 20072005 2006
IRC
fRC
SRC
建屋
ファーストビーム2006/12/28
加速器棟完成
SRCモデルセクター電磁石設計製作
SRC実機設計製作
現地工事(セクター電磁石)
IRC設計製作 現地工事
設計製作 現地工事
ファーストビーム2006/11/25
ファーストビーム2006/7/21
加速器棟建設
実験棟完成
実験棟建設
現地工事(RF, 真空)
冷却励磁試験 再冷却、磁場測定
高圧ガス製造施設完成検査2005/8/25
定格励磁成功2005/11/7断熱真空リーク発生2005/11/8 7:30
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SRC 1回目の冷却(2005/9/19-2005/10/15)
SRC 冷却曲線
0
50
100
150
200
250
300
350
9/15 9/20 9/25 9/30 10/5 10/10 10/15 10/20 10/25
月日
温度
(K
)
供給温度
戻り温度
冷却体重量 約140トン
冷却、液化(5000L)に約4週間かかる。
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11/7 19:00 定格通電に成功(クエンチなし)メインコイル5000A トリムコイル1~4 3000A
SM5 セクター中心上の磁場 main 5000A, trim1-4 3000A
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
3.0 4.0 5.0 6.0R (m)
B (T
)
Measurement
Calculation
SRC超伝導コイル励磁試験 2005/10/20~
翌11/8 7:30 断熱真空リーク発生コントロールデュワー(5000Lの液体ヘリウム)の圧力が約5分で4.5気圧を超えて大気に放出される。
11/26 リーク箇所確認
インタロック試験、遮断試験、電磁力の測定などを行なった。
相違は100ガウス(0.3%)程度
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緊急放出弁と
コントロールデュワーの
断熱真空部
緊急放出弁
超伝導トリムコイル用リード線取り出し部(リーク箇所)
コントロールデュワーの断熱真空部
絶縁継ぎ手
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超伝導リングサイクロトロン(SRC)平面図
取り出しビームライ
入射ビームライン
SM1
SM2
SM3
SM4
SM5
SM6
SBM
MIC2
MIC1
MDC2
EBM
側シールド
MDC3
MDC1
5m
シールド
磁場測定器1
磁場測定器2
磁場測定器3
ホール素子によるマッピング磁場測定機 3台測定メッシュ 約5cm間隔1マップ測定時間 3時間30分マップ数 390全測定点数 330万点
磁場測定 (2006/4/17~6/14) 約2ヶ月
磁場測定器
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IRCコミッショニング
2006/11/22 放射線管理区域設定
11/24
21:35 RIBF加速器棟へビームを出す。84Kr31+ 36.5 MHz
21:40 MDP2でビーム確認
(中断)
11/25
0:30 再開
1:30 EDCでビーム確認
2:20 FC-K00でビーム確認
7:00 通過効率 約30%
真空度 5x10-6 Pa(クライオポンプ13台)
ビームモニター メインプローブ、位相プローブ
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2006/11/13 SRC RFパワーテスト、エージング開始
11/22 放射線管理区域設定
11/25 2:25 IRCファーストビーム(84Kr31+)
11/26-30 IRC 静電セプタム(EIC)ケーブルトラブル
12/1 fRCのMSのため、KrからUに切替
12/4 fRC真空リーク発生(?)
12/5 SRC真空リーク発生(FT共振器のRF窓破損)
12/6-8 UからKrに切替
12/8 ヘリウム冷凍機昇温(つまりによる冷凍能力低下のため)
12/13 84Kr31+から27Al10+に切替(ビーム強度20倍程度)
12/16 液体ヘリウム貯液完了、励磁、RF焼きだし再開
12/17 SRC EICまでビームを出す。
12/21 16:00 No1,No2共振器CWになり、SRC入射開始
2ターンしか回らない。
12/22 IRC取り出しビームエネルギー測定 IRC EDCを10mm外へ移動
SRCコミッショニング
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12/23 21:00 SRC入射成功。10ターン回る。共振器は1台
12/24 2:00 R=4.6m付近(入射3.56m、取り出し5.36m)まで加速されるが、
それ以上加速できない。
12/25 放射線管理システムトラブル(4:00-23:00)
12/26 1:00 フルビーム100nA、2分30秒で真空度悪化(No1共振器)
14:00 大気開放。Qマスの設置場所が違っていた。
12/27 RF焼きだし
12/28 5:50 RF共振器3台 CW励振
6:00 ビーム入射
6:08 再外周まで加速
6:40 取り出し調整開始
9:30 EBM入口までビームが来る。
11:00-13:00 EBM極性確認、サーベイメーター設置
15:35 サーベイメーターが反応
15:58 ファラデーカップとプロファイルモニター( SRC下流約5m)で
ビームを確認 Al10+ 345MeV/核子
20:30 記者会見
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超伝導リングサイクロトロン(SRC)平面図
BigRIPSへ取り出し
IRCより入射
No. 1
No. 2
No. 3
No. 4
No. 5
No. 6
SBM
FT共振器
位相プローブ
EIC
MIC2
MIC1
EDC
MDC2
EBMシールド
側シールド
MDC3
共振器共振器
メインプローブ
MDC1
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2006/12/28 コントロールルーム
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今後の予定
3月中 U ビームを加速(RRC-fRC-IRC-SRC)
4月上旬 Kr ビーム(RRC-IRC-SRC)で施設検査を受ける。
7月 最初の実験を行なう。
(終)