The 14th Symposium on Accelerator Science and Technology, Tsukuba, Japan, November 2003

化学研究所附属原子核科学研究施設の加速器施設
野田章、岩下芳久、白井敏之、頓宮拓

京都大学化学研究所附属原子核科学研究施設 〒611-0011 京都府宇治市五ヶ庄ことにより加速器の小型化を 追求する方向性を打ち出した。これはＫＥＫと原研により現在建設が精力的に推進されている J-PARC 線形加速器の初段部分へと発展していく
京都大学化学研究所附属原子核科学研究施設では昭和のにつながったと自負している。陽子線形加速器の構成は６３年の蹴上から宇治キャンパスへの施設の移転に際し表１に示したようにマルチカスプタイプの 50keVイオン源て図１に示した 7MeV の陽子線形加速器を設置して以後も、 及 び 高 周 波 四 重 極 型 （ RFQ： 2MeV） 及 び ア ル バ レ 型
これに加えて 100MeV 電子線形加速器及び電子蓄積リング(Alvarez:：7MeV)からなる定在波型の加速空胴とこれらをＫＳＲを設置・稼働させてきた（図２）。こうした加速器つなぐビーム輸送系からなっており、最終段アルバレ型空施設は、加速器物理学・ビーム物理学の開発研究を主たる胴の直後で縦・横両方向のビームエミッタンスの測定が可目的として研究・教育に活用されてきているが、後でも述能な設計となっている[1, 2]。この陽子線形加速器は今後，べるように結晶からのパラメトリックＸ放射や素粒子実後述するイオン蓄積・冷却リング、S-LSR の入射器として験のための検出器の較正といったビーム利用の上でも活も活用する予定である。
用されてきている。
ここではこれらの加速器施設を紹介し、現在建設中の表１：陽子線形加速器の主要パラメータ
S-LSR も含めた将来の展望についても触れる。
加速粒子
H+

概要

1

陽子線形加速器

陽子線形加速器は蹴上時代から中間子科学総合研究センター計画の一環として、大強度陽子加速器の初段部分の加速器開発としての位置づけのもとに開発に着手し、いち早く 433MHz という従来の陽子線形加速器で標準的に使用されていた 200MHz に比して、高周波を採用する

イオン源
入射エネルギー
加速エネルギー
ビームパルス幅
最大繰り返し高周波周波数図１ 京都大学化学研究所陽子線形加速器のレイアウト

マルチカスプタイプ
50 keVRFQ
2 MeVAlvarez
7 MeV
50µsec180 Hz433 MHzThe 14th Symposium on Accelerator Science and Technology, Tsukuba, Japan, November 2003

2電子線形加速器

電 子 線 形 加 速 器 は 熱 電 子 銃 及 び 周 波 数 2857MHz(S-band)の定在波型のプリバンチャー及び進行波型のバンチャー及び３台の加速管から構成されている。7 万ボルトの直流高圧でＤＣ的に引き出された電子ビームはプリバンチャー及びバンチャーにより、バンチングされ、３台の後段の主加速管により 100MeV まで加速される。電子ビームのパルス幅はガンパルサーの交換により 10ns から１µsまで変更可能となっている。表２に電子線形加速器の主要パラメータを示した[3]。
この電子線形加速器からのビームはこれまでにシリコン結晶からのパラメトリックＸ線放射の実験[4] 及びガスチェレンコフカウンター等の較正[5]に活用されている。
表２ 電子線形加速器の主要パラメータ
加速粒子
電子
入射エネルギー
70 keV
電子エネルギー
100 MeV
電子銃
熱電子銃
加速管タイプDisc-Loaded
ビームパルス幅
10ns~1µs
ビーム電流(最大)100 mA
最大繰り返し20 Hz
高周波周波数
2857 MHz(S-Band)3

電子蓄積リング、KSR

電子蓄積リング、KSR は前述の 100MeV 電子線形加速器の出力ビームを入射し、(1)300MeV までの加速を行って放射光源として使用する放射光源モードと(2) 60~100 MeV の入射エネルギーのまま周回させ、３次共鳴と高周波蹴り出し法を併用した遅いビーム取り出しにより、ビームスピルを 0.1 秒から数 100 秒以上まで変化させ、90%以上にも及ぶデューティーファクターを実現するストレッチャーモードの両者が存在する[6, 7]。

KSR では図２に示したように２つの長直線部のうち、北側の一方を種々の実験に使用するために確保している点に特徴がある。このため入射・取り出しは南側の一つの長直線部で行う必要があり、遅い取り出しの際に静電セプタムがアパーチャーミニマムになる条件を実現するために軌道補正を行っている[8]。
放射光による脱ガスに伴う真空の劣化を克服するため長時間のエージングを要するアーク部を大気解放することなく長直線部への種々の装置の挿入を可能とするため、この長直線部の両端にはゲートバルブが設置されており、実験装置のリングへの着脱はこの直線部のみのベーキングで対処可能となっている。
表３ KSR の主要パラメータ
最高エネルギー
放射光原モード
300 MeV
ストレッチャーモード
100 MeV
周長25.689 m
ラティス構造トリプルベンドダブルアクロ
マティック
超周期
2
長直線部
5.619 m
偏向角（1 台)60˚
曲率半径0.835 m
高周波周波数116.7 MHz
ハーモニック数
104

イオン蓄積・冷却リング、S-LSR

化学研究所附属原子核科学研究施設では、上記の既存施設に加えて、文部科学省の先進小型加速器開発推進事業の一環として、放射線医学総合研究所及び日本原子力研究所関西研究所、高エネルギー加速器研究機構等との共同研究によりがん治療等の医療用加速器の小型化のための要素開発を平成１３年度から開始している[ 9]。

図２ 電子線形加速器及び電子蓄積リング、KSR のレイアウト

The 14th Symposium on Accelerator Science and Technology, Tsukuba, Japan, November 2003

こうした加速器開発及びビーム物理研究の実証の場として、化学研究所附属原子核科学研究施設の既存の加速器の建家内にイオン蓄積・冷却リング、S-LSR を建設し、要素技術を加速器本体に組み込んで実証試験に結びつけていくための準備を進めている[10, 11]。リング本体の偏向電磁石及び四重極電磁石の製作は完了し、現在磁場測定による性能評価を進めている[12, 13]。電子ビーム冷却装置も現在設計がほぼ確定し、製作を開始した段階にある[14]。図３に１節で述べた陽子線形加速器の下流部分に設置予定の S-LSR のレイアウトを示した。平成１６年度にはリングの設置を開始し、精密据付及び配線・配管を完了して、平成１７年度にはビームのコミッショニングを開始する予定であり、レーザー生成イオンビーム乃位相空間回転及び電子ビーム冷却等の開発研究を推進する[15]。
S-LSR は先に述べた電子線形加速器及び電子蓄積リング、KSR と同一の放射線管理区域に設置されるので、電子ビーム乃至は光子ビームとイオンビームを同時に使用する「複合ビーム」[16]を用いた研究が可能なユニークなファシリティーとしての特徴も兼ね備えている。今後こうした方向の研究の可能性も追求していきたいと考えている。

参考文献[3] T. Shirai et al., Proc. of the 10th Symp. on Accelerator Sci.
and Tech. (1995) pp82-84.
[4] Y. Hayakawa et al., J. Phys. Soc. Jpn. 67 (1998)
pp1044-1049.
[5] J. E. Hill et al., Beam Science and Technology, 3 (1998)
pp18-22.
[6] A. Noda et al., Proc. of the 4th EPAC (1994) pp645-647.
[7] A. Noda et al., Proc. of the 5th EPAC (1996) pp451-453.
[8] T. Sugimura et al., JPN. J. Appl. Phys. 41 (2002)
pp2276-2284.
[9] 山田 聡、第１４回加速器科学研究発表会、招待講演、報告書[10] A. Noda et al.,Proc. of the 14th Symp. on Accelerator Sci.
and Tech.
[11] 白井敏之他、第１４回加速器科学研究発表会、報告書[12] 池上将弘他、第１４回加速器科学研究発表会、報告書[13] 竹内猛他、第１４回加速器科学研究発表会、報告書[14] H. Fadil et al.,Proc. of the 14th Symp. on Accelerator Sci.
and Tech.
[15] A. Noda et al., Beam Science and Technology, 6 (2001)
pp21-23.
[16] A. Noda, Nucl. Instr. and Meth. A441 (2000) pp154-158.

[1] M. Inoue et al., proc. of the 9th Symp. on Accelerator Sci.
and Tech. (1993) pp196-198.
[2] H. Dewa et al., Rev. Sci. Instrum. 67 (1996) pp3085-3091.

図３ イオン蓄積・冷却リング S-LSR のレイアウト