サイクロトロンの超伝導化
理化学研究所 仁科加速器科学研究センター
奥野広樹

目次•••••サイクロトロン概略
MSUの超伝導サイクロトロン
理研RIBFの超伝導リングサイクロトロン
今後の「サイクロトロンの超伝導化」
まとめサイクロトロンの概要

The first cyclotron
Ernest Orlando Lawrence

Taken fromhttps://www2.lbl.gov/Science-Articles/Archive/revidea.html

The 4 inch
80-keV H2+, 1931

The 11 inch
1.1-MeV proton, 1932

Taken fromhttps://en.wikipedia.org/wiki/Ernest_LawrenceCyclotron principle: isochronism
Magnet poles(Cyclotron frequency)

D-electrodes
Cyclotron is a resonance phenomenon.
Resonance condition(Cyclotron frequency)

The cyclotron frequency of a nonrelativistic particle is independentof the particle velocity

Successive acceleration occurs.
Particles reach periphery.
Taken from “Beam Dynamics in Cyclotrons”, A. Goto (1998)

Acceleration in the cyclotron
RF source≈

ほうきで掃くような加速Cyclotron: weak convergence
Equation of motion in z direction
Reference particle

median planez→azimuthal angle θ transformation

Vertical Focusing
a new parameter νz→ betatron oscillationa new parameter µ’→simple harmonic mortion

Cyclotron: weak convergence
Equation of motion in radial direction

betatron oscillation is:

X << RThus, we obtain

Weak convergence condition

Z方向、R方向ともに収束

Cyclotron principle
Isochronism- phase stability of beam accelerationa new parameter µ’

Beam convergence- vertical focusing
Classical cyclotrons - weak convergencez→azimuthal angle θ transformation

relativistic effect→ Increasing radially magnetic field→ causes the axial defocusing

Limitations: relativistic effects break the isochronism→ Epmax≈ 12 MeV

Cyclotron: strong convergence
Increasing radially magnetic field causes theaxial defocusing. It is solved by provided
magnetic field Azimuthally Varying Field (AVF)

Incidentangle

radial velocity & B as azimuth angle

focusing force in z direction

Azimuthally Varying Field

particle motion at xf from R• always makes strong focusing→• Edge focusingサイクロトロンの進化
ClassicalCyclotron

AVFCyclotron

Higher energies – Ring Cyclotron
sector magnet structure→ deep hill/valley→ stronger edge focusing

サイクロトロンの超伝導化
AVFサイクロトロン
MSU K00 から始まった。

K-value

2,600 MeV

No. of sectors

6Extraction radius 5.36 m
Max. mag. fieldRing Cyclotron
理研のSRCが唯一の適応例

K value
E=K·q2/A (A·MeV)

3.8 T

No. of resonators 4SRC

Magnet weight
8,100 tSuperconducting最初の超伝導サイクロトロン••••

最初に超伝導コイルを用いたサイクロトロンのコンセプトを打ち出したのは、カナダChalkriver原子核研究所のBighamだった。
超伝導サイクロトロンを最初に作ったMSUのBlossorは、1972年にバンクーバーで行われたサイクロトロン国際会議で、このコンセプトに対して次の様に反論している。
“Superconductivity then seems unlikely to make a contribution tocyclotrons in the foreseeable future, primarily because there is nooverriding problem which would thereby be solved such as it is thecase for synchrotrons and linacs.”
Blossorの主な心配は、超伝導磁石によりサイクロトロンが小さくなる事により、ビームの質や取り出しに問題が出てくるのでは無いかという事である。しかし、程なく、Blossorは、その考えを改め、1973年に超伝導サイクロトロンの超伝導磁石の実証機の検討を始めることを決定し、1974年には超伝導サイクロトロンの設計を発表した。

Henry Blosser, 1928-2013https://snf.ieeecsc.org/obituary/henry-blosser

MSU K500

K500用の超伝導導体

ラザフォードSize: 0.110 inch x 0.196 inchフープストレス

コイル内の応力の履歴

この計算結果からバンディングはアルミを採用
半径K500のトラブル（１）コイル容器内の液体ヘリウム低で最大励磁からのクエンチ（空焚き）（２）断熱真空の破れ（３）断熱支持棒の損傷。
（４）コイル内には小さな切子がある様で、ショートがあり、定常状態では問題にならないが、励磁や減磁の際には“ミニクエンチ“という興味深い現象が起きていた。

（３）に関連して、ビーム軌道面を挟む形で設置されている一対のコイルは互いに引き合うが、コイル全体は不安定な位置に置かれているという事である。つまり、コイル全体の位置の微小なずれに対して復元力が働くわけではなく、そのずれを助⾧するような向きに力が働くという事である。そのため、鉛直方向の支持棒は、その負のばね定数より十分大きいばね定数を持っている必要がある。この設計を誤るとコイルを損傷することになるため、気を付ける必要がある。（Superferic磁石の落とし穴）

K500後の超伝導サイクロトロン

K500 MSU (USA)K520 Chalk River ( Canada )K1200 MSU (USA)K800 Milano (Italy)
K500 Texas AM (USA)K600 AGOR (Netherland)
K500 Calcutta (India)

超伝導サイクロデトロイト病院に納められた中性子がん治療用の回転可能な超伝導サイクロトロン（軽量化のためにできる事）

超伝導サイクロトロンの重さ

SRC

サイクロトロンを超伝導化することにより15倍軽くなる。

SRCの重さは常伝導サイクロ並み

PSI Joho氏の作ったグラフ

超伝導リングサイクロトロン@RIビームファクトリー
項目
重さ重さ蓄積エネルギー
コイル
コイル冷却
鉄の使用
その後の適用例

MSU
AVFサイクロトロン
100ton
18MJ
円形コイル
浸漬冷却
Superferic
多数

SRC
リングサイクロトロン
8300ton245MJ
非円形コイルの組み合わせ
浸漬冷却
Superfericゼロ

Goal of RIBF
• Great expansion of the nuclear chart (new 1000 kinds of isotope, exotic nuclei)• Challenge to solve the big puzzle of element genesis (r-prosess = U-synthesis)• Promotion of industrial and biological applications
NhHow to produce RI beams

Tetra neutron• RI beams are generated by fragmentation or fission of high-speed heavy ion beams.
• Accelerator complex is required to produce high speed heavy ion beams with high intensity.
20

RIBF accelerators

Y. Yano, NIM B261 (2007) 1009.

RILAC

3 injectors

RIKEN Heavy-ion LINAC(1980 / 16MV)

AVF
RILAC2(1989 / K70)

4 booster ring cyclotrons(2011 / 4.8 MV)

RRC
RIKEN Ring Cyclotron(1986 / K540)

fRC

SRC

fixed-freq. Ring Cyclotron(2006 / K570 => K700)

Superconducting Ring Cyclotron(2006 / K2600)

IRC
Intermediate-stage Ring Cyclotron(2006 / K980)

21

Acceleration modes
Accelerate ALL ions (from H2+ to U), up to 70% of the light speed, in CW mode
3 injectors + 4 booster ring cyclotrons
1) AVF-injection mode (< 440 MeV/u) : d, He, O, …
2) Variable-energy mode (< 400 MeV/u) : Ar, Ca, Zn, Kr, …
3) Fixed-energy mode (345 MeV/u) : Xe, U …

Super Heavy Element

RI production
STn: charge stripper
22

Specifications of RIBF ring cyclotrons
Challenging
RRC(1986~)

fRC

IRC

SRC

K-number (MeV)

540

700

980

2600

Rinj (cm)

89

156

277

356

Rext (cm)

356

330

415

536

Weight (tons)

2400

1300

2900

8300

Sector magnets

4446

Number of trim coils(/ main coil)

2610204 (SC)
22 (NC)

Trim coil currents (A)

600

200

600

3000 (SC)1200 (NC)RF resonators

22+FT2+FT4+FT

Frequency range (MHz)

18〜38

54.75

18〜38

18〜38

Acceleration voltage (MV)*

0.28

0.8

1.1

2.0

Turn separation (cm)*

0.7

1.3

1.3

1.8

*uranium acceleration
SC : superconducting, NC : normal conducting, FT : flattop resonator

fRC

IRC

SRC

23

SRC:ギネス世界記録®に登録。何が世界一なのか？
ビームエネルギー最大値のサイクロトロン(Highest beam energy cyclotron) 82400MeV
(マニアックすぎる）K値：K=2600 MeV（加速粒子の磁気剛性）

238 X 346.2 MeV/u(重さが測るのが大変）重いサイクロトロン (8300 トン)大きさ(直径）は2番目（1位はTriumf）
昔欧米の研究者は製作不能と言う結論を出した（幻のサイクロトロン）←日本の技術力
2022年3月28日エネル
ギー測定（KEK下村先生、QST羽島先生立ち合いの元）

2022年4月11日登録(埼玉県和光市）

東京スカイツリー
40000 ton
SRC
8300ton
↑
x2
↑

東京タワー
4000 tonSRC: 超伝導リング
サイクロトロン
K = 2,600 MeV
最大磁場: 3.8T (235 MJ)
Rf 周波数: 18-38 MHz
重さ: 8,300 tons
直径: 19m 高さ: 8m(Open for mainte.)2) 入射用超伝導偏向磁石

Bending Magnet

Upper Yoke
Side Yoke

自己磁気遮蔽
自己放射線遮蔽

1) セクター磁石

Superconducting

Upper Shield

セクター電磁石 :6
Rf 共振器 :4
入射機器:
取り出し機器:SRCの中の超伝導磁石

Control Dewar

Side Shield

Lower Yoke

SC Main CoilSC Trim Coilrf-Cavity
Lower Shieldセクター磁石

Superconductor(Al安定化導体)
15mm
8mm

Rutherford type Nb-Ti SC Cable

I (A)Stabilizer (AL-alloy with 1000ppm Ni)

Critical current & Operation Point

18000
16000
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0

Yield Strength > 56.2 MPa(cf. 40 MPa for pure Al)

I c (4.5 K)

RRR of Al > 803
Main Coil(5000A)

02Trim Coil(3000A)

4B (T)
Applied field (T)68Structure of the Main Coil Block
Solenoid winding with 396 turns
18 layers (Vertical gap: 1.5 mm)

Excitation curve（R=5.4m）

Cooling

4.0
3.0

S2S1

B (T)

Heat Flux

22 turns (Horizontal gap: 0.8 mm)

Cooling Channel (50 %)

2.0
1.0

Heat0.0

Temperature
S1=S2 →

Bath Cooling

Madock Stabilization current:6300A> Operational Cuurent:5000 A01000

2000

3000

4000

Main Coil Current (A)

5000

6000

Fabrication of the Main Coil
Accuracy of the Center of the Coil < ±1 mm
10 MPaCotta

10 MPaOuter Plate

Machining
theofVessel
Measurement
GroundFinishWinding
Attachment
theInsulation
Position
OuterPlateof the Coil
TheVessel
ScrewsWeldingofWinding
theoftheSeal
Cover0.2mm±0.6mm
Accuracy Completion< ±0.2 mm of Deformation
theAccuracy
Main Coil<＜±C-shaped Vessel
Screw
Seal Cover

A Mandrel inthe winding

Tension of 20 MPa

Superconducting trim coil
#Four sets of coils# I max = 3000 A

No. 2

No. 3

No. 1

#Double pancake winding#Indirect coolingby forced 2 phase helium#Temp. margin ~2.1K
ScrewsCasing plate (Al alloy)

ScrewsInsulator

Cooling tube

Coil

Main Coil

Cooling TubeSC Trim CoilNo. 4

Structure of the SC Trim coil
Bonding of the coils and casing, which satisfied thefollowing three condition, was studied.
Coil Casing (Al-alloy)
Heat-Transfer
Coeffient: 50W/m2/K
Shearing Stress >> 3 MPa

Doublecake Winding

Insulation

Breakdown voltage >> 1000 V

Model for Bonding

Fabrication of the SC Trim Coil
Welding
In
Machining
Tapingthe winding
ofthe
thethecoolinginsulation
Al-plate
tubes
Completion
Grand
Completioninsulation
ofof
thethefabrication
winding

Jig for the coil cure
The coil is cured at about 150 degree with a pressure of 2 MPa.

Cold mass
Structure ofassembly
the cold mass unitSuperconducting
Trim CoilConnecting Plate
Pole 1

Upper Cold Mass

Main Coil+ Thermal Insulation Supports+Piping and Cabling inside
the Cryostat

Connecting Plate
Pole 2Lower Cold MassLower Plate

Assembling in RIKEN site
1. Lower Yoke
2. Lower Cold Mass Assembly
3. Cryostat
4. Upper Cold Mass Assembly
5. Upper Yoke

SRCの組み立ての様子

Specifications of SBM
Cross sectional view of the cryostat

Plan view

Specifications
Required field :3.8 T @363 A

Trajectory is bended.

Stored Energy:

0.56 MJ→The coil should be bended.

Homogeneity:

few x 10-3

Beam Bore:

40 (H) x 30 (V) mm2

Radius:1208mmBending Angle:

75.72 deg.

Coil cross section:

55 x 58 mm2→Coil winding is the key issue.
(Negative curvature)

Coil Winding & First Excitation of SBM
Cabling of Superconducting Wires

Results of the First Excitation

1st Step
Completion in Aug. 2003
3rd (396 A)
2nd (383 A)
1st Quench (315 A)

Operational Current (363A)

2nd Stepcal 100A
cal 200A
cal 300A
cal 350A
meas 100A
meas 200A
meas 300A
meas 350A

SBM
45000
40000
35000

B(Gauss)

30000
25000
20000
15000
10000

Coil of the SBM

5000
0-5000-50050100L(cm)150200250Cool-down and excitation test of the SRC
Date

Events

Date

Event

05/8/30 –05/9/17

Purification (N2:< 0.5ppm)

05/11/6

Excitation test
(Imain = 5000 A (Max.))

05/9/19

The 1st Cool-down started

05/11/7

Exciation test
(Imain = 5000 A, Itrim = 3000 A)

05/10/13
1:00AMAll the main coils transited tosuperconducting state.

05/11/8

Trouble due to a He leak

05/10/16

Level of liquid helium reach up to theoperation level.

06/3/16-

The 2nd Cool-down started.

05/10/21

Excitation test started. (Imain =100A)

06/4/15

Full excitation again

05/10/27

Excitation test
(Imain=1000 A, Itrim=1000A)

06/4/1706/6/14

Field measurements

05/10/31

Exciation test
(Imain = 3000 A, Itrim = 3200 A (Max.))

06/6/14

Fast shutdown test from fullexcitation

Cryogenic Cooling System for the SRC
Reservoir Tanks

Cooling Capacity

Heat Load>>

620 W @ 4.5 K
4000 W @ 70 K

100 m3 (2 MPa) x 4

470 W @ 4.5 K
2800 W @70 K

4 g/s for cooling of C. L.

3 g/s for cooling of C.L.

Trial run in Dec. 2004

21 days for initial coolingR.T.

4.5 K
Control dewar

Turbine Heat exchanger

JT-valve

Compressor

74 g/s of 1.8 MPa GHe

Refrigerator

SRC

Cool-down curve in the first trial
350

300

DT< 50K

T (Cold Mass, Ret.)

Temp (K)250
TI_A1P01
TI_A1P02
TI_A1P03
TI_A1P04
TI_A1P05A
TI_A1P05B
TI_A2P01
TI_A2P02
Calc.

200

T(Sup.)
150

100

Calculation
500
H17.9.15

H17.9.20

H17.9.25

H17.9.30
Day

H17.10.5

H17.10.10

H17.10.15

23 DaysPower supplies and coil protection
Main PS for Main Coil (5200 A)

1:Quench characteristicCurrent decay:

63 s

Temp. rise:

140 K

0.015 Ω0.15 Ω0.15 Ω

Switch for Fast Decay (63 s)

Aux. PS x 6 (100 A)

Volt. Development: 1.5 kV/2
2: Strong Coupling between
the main coils and S.C. Trim
coils

Switch for Slow Decay (1206 s)

2Ω

2Ω

2Ω

2Ω

2Ω

2Ω

SM1SM2SM3SM4SM5SM6Main PS for SC Trim

Main PS for SC Trim

Main PS for SC Trim

Main PS for SC Trim

Coil #1 (3200 A)

Coil #2 (3200 A)

Coil #3 (3200 A)

Coil #4 (3200 A)

SwitchSwitch

SwitchSwitch0.05 Ω0.05 Ω0.05 Ω0.05 Ω

Aux. PS x 2 (400 A)

Aux. PS x 2 (100 A)

Aux. PS x 2 (100 A)

Aux. PS x 2 (100 A)

0.1 Ω

0.3 Ω

0.3 Ω

0.3 Ω

0.1 Ω

SM6&1 SM2&3 SM4&5

0.3 Ω

SM6&1 SM2&3 SM4&5

0.3 Ω

SM6&1 SM2&3 SM4&5

0.3 Ω

SM6&1 SM2&3 SM4&5

All the coils never quench. so far..
6000

Trend of the coil current during the field measurements
Main Max.

5000

Current (A)4000

Trim Max.

3000

2000

1000

04/13

4/23

5/3

5/13

5/23

6/2

Date
Main Coil

Trim 1

Trim 2

Trim 3

Trim 46/12

Coil voltages in fast shut-down test from full excitation
main
trim1 x 10
trim2 x 10
trim3 x 10
trim4 x 10

2000
Voltage (V)Time constant~60s

1500
1000
500
0

Induced current by the main coil-500-500

Fast components due to selfinductances

50

100 150

200

250

300

Time (s)The main and trim coils were safely shutdown
even in emergency.

Eddy current loss in shut-down process
Eddy current loss in the Aluminum supports forthe superconducting trim coils
Estimation~ 100W
(slow shutdown from full excitation )The trim coil quench?
(Temp. Margin~2K)

Temp. rise of the trim coil in slow shut-down from full excitation
12

Temp. margin of Trim coil =2.1K
10~6 K
Temperature (K)8Trim12(SM1U)
Trim34(SM1U)
Trim12(SM1D)
Trim34(SM1D)64

2

All the trim coils did not quench.
0
21:18

21:21

21:24

21:27

21:30
21:33
Time (hh:mm)

21:36

21:38

21:41

21:44

Calculated forces are correct?
Supportsystemsystem
for the coldmass
The Support
for thecoils

Forces on the upper coil(TOSCA calculation)

Fθ支持棒
Ti合金

Expansion force
Vertical force

Shifting forceFz 支持棒
Ti合金

Fr 支持棒SUS折り返し管We continuously measured the forces using thestrain gauges attached to all the supports in theexcitations.

Radial shifting forces are difficult
Support can sustain forces up to 90 ton.

50

測定
Meas.
Calc.
計算

Fr (ton)

40
30
20
100
Fr =(Large Force A)-(Large Force B)(Large Force A) ~ (Large Force B)
The errors are big?

-1001000

2000 3000 4000
Current (A)

5000

6000

For 3 directions

R direct.:compressive 40ton (0.6mm)
 direct.:compressive and tensile <1ton (<0.1mm)
Z direct.:compressive 7ton (0.5mm)
The coil displacement due to excitation is small.

Field mapping over the acceleration region
Field Mapper
Hall ProbeControl
MeshMeas. Time3 (60 deg./each)
52axis (Rot./Trans.)
about 5cm
about 3h30m/60deg.

Mapper
5 Hall Probes

C-FRP pipe

Mapper60deg.

MapperMotors forcontrol

Measured field profiles along the sector-center axis
4.0

Main Coil: Bending power during the acceleration
Trim Coil: Isochronous field

2.0

main 4500A
1.0

main4500A + trim1-4 3000A

Difference between measured and calculated fields

0.0
3.5

4.0

4.5R (m)5.05.5○ Good agreement (0.16%~0.35%)○ Small field dispersion among the sectors
Field Disturbances•SM1 has a slightly different shape.
•Disturbance from MIC2 and MDC3
Small enough to be adjusted by the correction
coils in the magnetic channels and aux. power
supplies of the main and trim coils.

0.00
MDC3 disturbance

Bmeas-Bcal(T)B (T)3.0-0.01
SM1
MIC2 disturbance

-0.02

sm1
sm4-0.03
3.5

4.0

4.5
R (m)

sm2
sm5
5.0

sm3
sm6
5.5

ファーストビーム(‘06/12/28)後加速されたイオンとビーム強度目標:全元素で1 pμA (6 x 1012 #/s)

2006.12.28
First beam!

トラブルと反省点• 幸い超伝導コイルでのトラブルは起きていない。（今のところ）• その時に設計上判断したことが正しいかどうかは、10年後にわかることもある。。
• 柔らかい裸線を巻いたのはショートのリスクをずっと引きずっている。

• 2005年11月8日フィードスルーからの漏れ• ～2008年冷凍機の油問題

What happened on Nov. 8.
100 0.4
60000

Level monitor (%)
P in the He Vessel (MPa)900.35
50000
80
70

0.3

40000
600.2550 0.230000
400.153020000
0.1
200.05 He sup.
Liq.
10000
10Emergency Valves Open
6 kW (ave.)(est. 3.2kW (CD), 1.4kW/Coil)Liq. He level

Vacuum@CDin the vessel

PI_CCV01_IA
PI_CCV02_IA
PI_FCV01_IA
PI_FCV02_IA
Level of liq. He
PI_JCV01_IA
Liq. He Sup.1
PI_JCV02_IA
LIq.
He Sup.2
P_Hevessel
PI_PCV01_IA
Liq. He Sup.3
PI_PCV02_IA
Liq. He Sup.4
PI_TCV01_IA
PI_TCV02_IA
PI_YCV01_IA
PI_YCV02_IA
PI_MCV01_IA
PI_MCV02_IA

0 0
Vacuum@Sec
7:12:00 7:33:368:24:007:40:48 9:36:00
06:00:00 7:26:24
7:19:12
7:48:00 10:48:00
7:55:12 12:00:00
8:02:24
Time (hh:mm:ss)
6:43:127:12:00
7:40:48
8:09:36
8:38:24
9:07:12
Time (hh:mm:ss)

A feed through attached the vessel was broken.

Ceramics
Cuフィードスルーの気相に設置
フィードスルー（正しい）気相

液相
フィードスルー（誤り）真空漏れの時の影響は1000倍近く違う

Oil contamination in the He refrigerator(Manually adjusted)

Flow rate through the firstturbine
2008

The He refrigerator was contaminatedwith oil from the He compressor. (Feb. 2008)
2005-2007

Heat exchangers
Charcoal in the adsober
Oil separator of the He comp.
step: wash: replace: 4step→6

Battle against the oil in the He refrigerator
Cutthe toheat
unit from region
the refrigerator
Cleaning
process
in afactory
Accesstheexchangerlowertemperature
Cleaner
HCFC225

Oil in the refrigerator:
HX1-3 2000 cc => 4 cc
HX4-5

油分離機の性能は契約値以上のものを目指すこと。

今後の「サイクロトロンの超伝導化」• MSU型（AVFサイクロトロンを超伝導化）– 更なる小型化、高エネルギー化をめざす。
– 鉄を使わない– 高温超電導– 用途：RI製造や放射線治療用• SRC型（リングサイクロトロンの超伝導化）– MITのニュートリノグループ– 用途：基礎科学（ニュートリノ）、ADS用のドライバー• フル超伝導化– テキサスA＆Mのグループ

日本での超伝導AVFサイクロトロン
2021年 陽子治療用超伝導サイクロトロンの開発に成功した住友重機

K値：80MeV
最大平均磁場：2.6T
引き出し半径：50㎝
超伝導体：Y系高温超電導線材を使用

陽子線治療 200MeV以上
重さはJohoの公式から見ると50－60トン程度と思われる

MIT J. Conradチームの率いるDaedalusプロジェクトSuperconducting Ring Cyclotron
H2+加速、800MeV, 5mA
超伝導コイルの設計(2012) by
MIT Joseph Minervini, et al.,https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1209/1209.4886.pdf

現在はIsoDARの設計、開発に集中

磁石と加速空洞が超伝導のサイクロトロン
Tritron (強収束サイクロトロン）

ビーム輸送チャンネル
磁気チャンネル

超伝導加速空洞

磁石と加速空洞が超伝導のサイクロトロン

スタックサイクロトロン (強収束サイクロトロン）

超伝導加速空洞（QWR)
Proton10mA 800 MeV

ビーム輸送チャンネル

まとめ• サイクロトロン概略– Classical →AVF→セクター分離型• MSUの超伝導サイクロトロン– AVFサイクロトロンの超伝導化– 常伝導サイクロよりも1/15倍軽い• 理研RIBFの超伝導リングサイクロトロン– 非円形コイルを組み合わせたリングサイクロトロン– 力の制御が困難• 今後の「サイクロトロンの超伝導化」– MSU型→更なる小型化、高エネルギー化、高温超電導– RIKEN型→基礎物理用– TRITRON型→Stacked Cyclotron (強収束サイクロトロン）