Proceedings of the 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 29th Linear Accelerator Meeting in Japan (August 4 - 6, 2004, Funabashi Japan)

CONSTRUCTION STATUS OF THE MAGNET SYSTEM FOR THE RIKENINTERMEDATE-STAGE RING CYCLOTRON
J. OhnishiA), T. MitsumotoB), A. GotoA) , M. KaseA) , M. NagaseA) , Y. YanoA)
A)
Cyclotron Center, Institute of Physical and Chemical Research (RIKEN)
2-1 Hirosawa, Wako-shi, 351-0098
B)
Sumitomo Heavy Industries, Ltd
5-2 Soubiraki-cho, Niihama-shi, Ehime, 792-8588
Abstract
The construction of the RIKEN Intermediate-stage Ring Cyclotron(IRC; K980-MeV) had been completed in thefactory in the spring of 2001. The sector magnets were assembled in the factory, and the excitation test and themagnetic field measurements was performed. At present, the construction in the RIKEN site is advancing. This paper
describes construction status, especially, results of the magnetic field measurements and alignment of the sector
magnets.

理研中間段リングサイクロトロン(IRC)電磁石系の建設状況
１．はじめに

表１

理研で建設が進められているRIビームファクト
リーは既存の重イオンリニアックとリングサイクロトロンからのビームを現在建設中の３台のリングサイクロトロンでカスケード加速し、軽イオンからウランまでのすべての元素について核子あたり350MeV〜450MeVのエネルギーの１次ビームを生成する計画である [1] 。中間段リングサイクロトロン(IRC)は最終段の超伝導リングサイクロトロン(SRC)の手前に設置され、４台の常伝導のセクター電磁石から構成される [2] 。IRCのパラメーターを表１に、平面図を図１に示す。ＲＦ共振器は２台の加速用主共振器と１台のフラットトップ共振器が使用され、出射ビームの最大エネルギーは核子あたり127MeVである。

IRCのパラメーター

K値
入射半径
取出し半径
最大軌道平均磁場
最大Bρ
ハーモニック数
共振器（FT共振器）数
加速RF周波数
最大加速電圧

980
2.77
4.15
1.1
4.57
72 (1)
18-38.2
1000

MeV/Amm
TTmMHzkV/turn

２．ＩＲＣセクター電磁石
セクター電磁石のパラメータを表２に示す。磁極ギャップは80mmで最大磁場は1.9Tである。ポール材とヨーク材は住友金属工業の炭素含有率が0.01%以下の高純度鉄（SSM250）を使用し、鋼板の厚さはそれぞれ260mmと280mm/215mmである。メイン
コイルは水冷ホロコン(16x16mm)を使用し、上下各198ターンで定格電流値は450Aである。図２に示す
ように上下ポール面に20対のトリムコイルが取り付けられており、それぞれ独立の電源（400A, 500A,600A, 中ほどの14対は４セクター直列接続）で励磁され、等時性磁場を生成するために使用される。

３．ビーム入射取り出しチャンネル
ビームの入射用と取り出し用機器としては図１に示すように2台の静電チャンネル(EIC, EDC)及び4台の電磁チャンネル(MIC1, MIC2, MDC1, MDC2)が設置される。表３に静電チャンネルのパラメーターを

図１ IRC平面図示す。図３に各電磁チャンネルの断面と最大電流、最大磁場を示す。周回軌道へのもれ磁場を小さくす

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表2 セクター電磁石のパラメーター

53度
80mm
52mm
680
トン
1.9T198
ターン450A20
組400~600 A

mic2(0A)
mic2(600A)
mic1(0A)
mic1(800A)
238U88q/A=0.5300
MICの作る磁場 (mT)

セクター角
磁極間隙
ビームチェンバーの開口
重量
最大磁場
メインコイル巻数／磁極
メインコイル最大電流値
トリムコイル数
トリムコイル最大電流値

350

250
200
150
100
5000

Main coil

500

1000

1500

2000

セクター磁場 (mT)Trim coils (No. 1~20)

図4 MICの生成する磁場
コイル電流が0Aの場合でも、鉄シムによりセクター磁場にほぼ比例した磁場が生成される。
R = 3000 mm
2000

B (mT)

1500
1000500

図2 セクター電磁石のトリムコイルの配置

00表3 静電チャンネルのパラメーター

1015202530Theta (degree)35

電極間隙 (mm) 最大電圧 (kV)
121201212030445A

20240A 180A380A

100-10 0-20510290A

15204045180 A
240 A290 A330 A
380 A445 A

40Btosca - Bmeas (mT)

EIC
EDC

電極長 (m)0.7
1.352530354045330A-30-40Theta (degree)

図5 セクター電磁石磁場の測定値とTOSCAによる計算値の比較（メインコイル電流: 180A, 240A,290A, 330A, 380A, 445A）
サイクロトロンの中心から3mの円周上の磁場を示す。横軸の方位角はセクター中心を0度としている。下図は計算値から測定値を引いた値を示す。

図3 電磁チャンネルの断面とパラメーターわかる。図中、238U88+とq/A = 0.5のビームの入射に必要な磁場をプロットした。

るため、MIC1は内周側に、MDC1とMDC2は外周側
４．磁場測定とTOSCA計算の相違に直列接続された補正コイルを持つ。MIC1とMIC2はそれぞれ2.2mmと5mm厚の鉄シムにより磁場のかビーム周回軌道の全領域の磁場測定を行なうため、さ上げを行なっている。各コイルは容器に収納され、 径方向に200mm間隔で取り付けた８個のホール素子52mmあるビームチェンバ内に設置される。MIC1とを径方向に730mm（測定範囲は2450mm ~ 4580mm）、MIC2をセクター電磁石内に設置して測定した磁場周方向に180度、エアーで駆動する磁場測定器を製作した。磁場測定は製作工場でセクター電磁石の組を 図 ４ に 示す 。 MIC2で は 鉄 シ ム が作 る 最 大 磁場
250mT、コイルが作る磁場は60mT程度であることが 立と配線配管を行って、運転に必要な等時性磁場を225

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1086B(mT)420-2-4-6-8-10
2400

2800

3200
3600
4000
サイクロトロン中心からの距離(mm)4400

図6 内側から1, 3, 5, 8, 9, 11, 13, 16, 18,20番目のトリムコイルが生成する磁場の測定値（実線）と計算値（破線）
メインコイル電流値は330A、各トリムコイ
ル電流値は400Aである。1~8番のトリムコ
イルは図２に示すようにポールの前側に巻かれており、メインコイル磁場を下げる方向を電流を流してしている。
得るためにメインコイル磁場及びトリムコイル磁場の測定を行なった[3]。建物の制約のために4台のセクター電磁石のうち2台を90度に配置してマッピング測定を行なった。メインコイルの6レベル（180A,240A, 290A, 330A, 380A, 445.5A） の電流値について測定した結果と３次元磁場計算コード（TOSCA）の計算値との比較を図５に示す。磁場計算も2台のセクター電磁石のメッシュ（約４１万要素）を作成して行なった。鉄の磁気特性はTOSCA内部に持っている純鉄のデータを使用した。この特性は実際の鋼材で測定した特性より悪いものであるが、セクター内部の磁場は計算値の方が測定値に較べて7mT~20mT程度（セクター中心磁場の0.4%~1.2%に相当）大きくなっている。これはヨーク鋼板の表面の塗装が10~20μmあり、磁気回路内に平均的に20枚程度の鋼板が存在するため、80mmの磁極間隙に対して0.5%~1%の空隙の増加となることが一因であると考えられる。また、この測定値はＮセクターのものであるが、測定結果によればセクター間で3mT~7mTの磁場の差が見られる。図６はメインコイ
ル電流値330A（セクター磁場約1.7T）におけるトリムコイルの生成する磁場の測定値と計算値を示す。
トリムコイルは全部で20組あるが、図では10組の分布を示す。メインコイル磁場を減少させる方向において測定値と計算値の差が大きく、1mT~2mTの違いが見られる。原因の一つは計算に用いた磁気特性の違いが考えられる。磁場測定を行わずに磁場計算からビーム運転に必要な等時性磁場のコイル電流値を求めるのは、少し誤差が大き過ぎると思われる。

５．セクター電磁石のアラインメント
セクター電磁石ヨークは2003年10月から2004年1

図6 アラインメント後の所定寸法からのずれ(mm)月にかけて理研への搬入と据付が行なわれた。アラインメントは下半分のヨークとポールユニット（上下ポール、トリムコイル、ビームチェンバーを組み立てたもの）を据え付けた状態（重量約400トン）で行なわれた。上ポールの上面にある各基準点間をインサイドマイクロメーターで測定して、ヨーク架台部に置いたジャッキ（300トン1個、400トン２個）を用いて、上下方向と水平方向の位置調整を行なった。位置調整後の基準点間距離のずれを図６に示す。上下レベルのずれも最大0.1mm以下に調整が行なわれた。上ヨーク据付後、上下レベルの再測定を行なったところ、4セクターとも室内の壁の基準点に対して0.5mm程度の沈降が見られたが、セクター間のレベル差はほとんど変化がなかったので、再調整は実施しなかった。

６．今後の予定
現在、理研において冷却水配管と電磁石配線の工事が行なわれており、2004年秋より電磁石の励磁を行なう予定である。また同時に真空系の組立も進めており、2004年秋より真空排気を開始する。来年度にはRF共振器のパワー試験とエージングを行なう予定である。ビームコミッショニングは超伝導リングサイクロトロン(SRC)の完成を待って2006年秋頃から開始する予定である。

参考文献[1] Y. Yano et al., in these proceedings.
[2] T. Mitsumoto et al., “Construction of the RIKEN IRC”, Proc.
16th. Int. Conf. on Cyclotrons and their Applications, EastLansing, USA, 2001, p. 167.
[3] J. Ohnishi et al., “Magnetic field measurement of RIKE IRC
sector magnets”, Proc. 16th. Int. Conf. on Cyclotrons andtheir Applications, East Lansing, USA, 2001, p. 351.

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