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)

PRESENT STATUS OF ION STORAGE AND COOLER RING, S-LSR
A. Noda 1,A), M. Ikegami A), Y. Iwashita A), T. Shirai A), M. Tanabe A), H. Tongu A), S. Nakamura A),
H. Fadil A), S. Fujimoto A), A. Yamazaki A), T. Takeuchi B), K. Noda B), S. Yamada B)
M. Iwata C), S. Shibuya C), A. Takubo C), T. Fujimoto C), H. Fujiwara C) , M. GrieserD),
I. MeshkovE), E. SyresinE)A)

Advance Research Center for Beam Science, Institute for Chemical Research, Kyoto University
Gokano-sho, Uji-city, Kyoto 611-0011
B)
National Institute of Radiological Sciences, 9-1, Anagawa 4, Inage-ku, Chiba-city, 263-8555
C)
Accelerator Engineering Co. Ltd. 13-1, Konaka-dai 2, Inage-ku, Chiba-city, 263-0043
D)

Max-Plack-Institut für Kernphysik, Postfach 103980, Heidelberg 69029, Germany
Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Moscow Region, 141980, Russia

E)

Abstract
At Institute for Chemical Research, Kyoto University, an ion accumulation and cooler ring, S-LSR is now underconstruction in the existing accelerator building in order to perform the experimental studies on the energy-spread
reduction by phase rotation of laser-produced ions and further electron beam cooling of hot ion beams. In parallel tothis, 3-dimensional laser cooling of 24Mg+ at S-LSR is also planned and the lattice without dispersion throughout thewhole circumference is proposed with superposition of the electric fields with the dipole magnetic fields.

イオン蓄積・冷却リングS-LSR計画の現状の有効性が注目を集めつつある粒子線治療のより広範な普及に貢献するため、京大・化研は放医研及び近年の目覚しいレーザー技術の発展を加速器技術 原研・関西研との協力によりレーザー生成イオンと組み合わせることにより、放医研の臨床試験でそ ビームをがん治療専用の短パルスイオンシンクロト

１．はじめに

図１：レーザー実験棟と放医研との共同研究により京大・化研に建設中のS-LSRのレイアウト
1E-mail: noda@kyticr.kuicr.kyoto-u.ac.jp

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6.0E-04

Magnetic Field Measurement – Hall probe mapping

calculation
measurement

4.0E-04

Measurement:
Case (a): Quad. Mag.
Case (b): Quad. Mag + Bend. Mag (0 A)
Case (c): Quad. Mag + Bend. Mag (275 A)

Ｂ（Ｒ）/Ｂ0

2.0E-04

Hall Probe - By,Bx: Group3 (MPT-141-0.0E+00-2.0E-04

Mapping Area:s-direction: B pole edge (s=0)
600 mmHorizontal: -100 < X < +100 mm
Mapping points: 5 mm pitch
Mean Times: 10-4.0E-04-6.0E-04
95

97

99

101

103

105
Ｒ（ｃｍ）

107

109

111

113115

図３．偏向電磁石の磁場分布ることで磁場勾配を評価するシステム（コイルシフターと称する。図４参照）を作成し、測定を行った。

図２．S-LSRの偏向電磁石及び４重極電磁石とその磁場測定{GL(x)-GL(0)}/GL(0) [%]ロンの入射ビームとして用いる可能性に関するR&D
移動ベースを、先進小型加速器開発の一環として平成１３年度から推進してきた [1] 。ホットイオンビームの電子ビーム冷却に関してはドイツハイデルベルグのマッ
クスプランク原子核研究所のTSRを用いて、イオンビームと電子ビームの相対速度を掃引する手法のfeasibility testを行い、タンデム加速器からのビームのように横方向のエミッタンスの小さなビー
コイル
ムについては我々の提案する手法が有効であり、ビーム冷却時間が通常の2.8秒から0.4秒程度にまで短縮可能であることが示されている[2]。然しながら、このビーム冷却時間は横方向エミッタンスに依存す 図４．４重極電磁石に取り付けられた磁場勾配評価用ることが知られており、がん治療装置という臨床使に製作したコイルシフター用に当たっては、実際のレーザー生成イオンビーム
図５にホール素子とコイルシフター両者による測についてのfeasibility testが不可欠である。
定結果を示す。両者でコンシステントな結果が得ら
この目的のため、図１に示したようなイオン蓄れていることが判る。
積・冷却リングS-LSRを京大・化研の既存の加速器実験室内に設置し、隣接するレーザー棟に設置される10TWレーザーを導き、薄膜照射によって生成され３．電子ビーム冷却
るイオンビームを位相回転によりエネルギー幅を縮S-LSRの電子ビーム冷却はエネルギー拡がりが±1%減した後、S-LSRに入射して電子ビーム冷却実験を程度のホットイオンビームを扱うので、イオン行うことを予定している。と電子の相対速度の掃引を行うことを想定して一方、このS−LSRは６回対称性をもち、１周期あいる。この目的のためイオンの加減速が可能なたりのベータトロン振動の位相の進みを小さく押さえるモードが可能であるため、岡本らの提案する３次元レーザー冷却 [3] により極低温イオンビーム
2.0Hall Meas.
（クリスタルビーム）を実現できる可能性も有しTwinCoil Meas.ており、こうした方向の研究の展開も考慮してい1.0る。このS-LSRの建設の現状を紹介する。

２．S-LSRの電磁石系

0S-LSRの偏向電磁石はホール素子を直交座標系で駆動するマッピングによる磁場測定（図２参-1.0照）でその性能評価が完了しており、磁場の不均一性は2x10-4 以下におさまっていることが確認で-2.0きている（図３参照）[4]:。
-10 -8-6-4-202468 10X [cm]４重極電磁石に関しては、図２に示したようなホール素子によるマッピングに加えて、コイルを 図５．ホール素子とコイルシフターによる４重極電磁水平面内で駆動し、発生する誘導起電圧を測定す55

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誘導加速装置を設置する。また、電子ビーム冷却装置は長さ1.86 mの直線部に設置する必要がありトロイドの中心曲率半径は0.25 mと小さく選んでおり、磁場の均一性を実現するために細心の注意が必要とされる。その確認のため、ソレノイド、トロイドの磁場測定は、図７に示したようにホール素子を(a)直交座標系と(b)電子ビーム軌道に沿ったレールを用いる両システムで駆動し、両系でのコンシステンシーを確認しつつ評価を進めている[5]。

(a)直交座標系でのホール素子駆動

図６．

製作されたS-LSR用電子ビーム冷却装置

４．無分散ラティスに向けての取り組み(b)電子ビーム軌道に沿ったホール素子駆動
図７．電子ビーム冷却装置の磁場測定

S-LSRでは偏向電磁石部に電極を組み込み、磁場に曲率半径に逆比例する電場を重畳することにより、を最小限に抑える工夫もなされている[7]。図８に試ビーム軌道の運動量分散を消すラティスの採用を計[6]作された電極を示す。
画している 。放電の問題なく所要の電圧が印加可能であるためには、扱えるビームのエネルギーは低エネルギーに限られることになり、我々は35〜50keVの 24Mg+ ビームに対してこの方式の適用を考えて５．タイムスケジュールいる。偏向電磁石のギャップ70 mm中に設置される
S-LSRは今秋に電磁石、電子ビーム冷却装置等の真空槽中に電極を設置して、必要とされる電場の一精密据付を完了し、ビームモニターの位置較正を様性を実現するために中間電極を設ける等の種々の行った上で真空槽の組み込みを行い、電力ケーブル工夫が凝らされている。また、この電極はレーザー及び制御の配線と冷却水の配管を行い、平成１７年冷却のための波長282 nmのリングダイレーザー光を春からのビームコミィショニングの開始を予定して導入するための開口部を必要としており、その影響いる。

参考文献[1] A. Noda et al., Beam Science and Technology, 6, 21(2001)[2] H. Fadil et al., Nucl. Instr. Meth. A517 (2004), pp1-8.

[3] H. Okamoto, .A.M. Sessler and D. Möhl, Phys. Rev.
Lett. 72 (1994) 3977.
[4] M. Ikegami et al., Proc. of COOL03, Hotel Mt. Fuji,May, 2003, in print.
[5] H. Fadil et al., 本報告集。
[6[ M. Ikegami et al., submitted to Phys. Rev. ST-AB.
[7] 池上将弘他、本報告集。

(a)中間電極(b)レーザー導入穴
図８．試作された軌道無分散化のための電極
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