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)

H- acceleration with 930 AVF cyclotron at CYRIC, Tohoku Univ.
T.Endo1,A), M.Fujita A), A.Yamazaki A), T.Shinozuka A),T.Yokoi B), S.Kan C), S.Chiba C), Y.Ohmiya C),
A.Matsumura C), N.Takahashi C), S.Yokokawa C), T.Honma D)
A)
Cyclotoron and Radioisotope Center, Tohoku University
Aoba, Aramaki, Aoba-ku, Sendai, 980-8578
B)
Tokin Machinery Co.,Ltd.
6-7-1 Kohriyama, Taihaku-ku, Sendai, 982-0003
C)SHI Accelerator Service Ltd.
5-9-11 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo, 141-8686
D)

National Institute of Radiological Sciences

4-9-1, Anagawa, Inage-ku, Chiba-shi, 263-8555
Abstract
The preparation of H- acceleration by 930 AVF cyclotron, for multipurpose utilization of neutron beam, is now being
implemented at Cyclotron and Radioisotope Center (CYRIC), Tohoku Univ. After some preparations such as negative
ion source, magnet field reversing of cyclotron & initial beam line and carbon foil for beam extraction, we started Hacceleration and extraction test. Recently we accomplished extraction of accelerated proton beam with carbon foil
electron stripper at 90 percent efficiency.

東北大学930サイクロトロンでのH-加速領域に導かれる。サイクロトロンからのビームの取出し方法は陽イオンと負イオンの場合で異なる。陽
東北大CYRICでは1999年に680型から930型へのサ
イオン加速モードでは陽イオンは半径 930mm まで加イクロトロンの更新が行われたが、その際、300μ速されてデフレクターを通って引き出され、陽イオAの大電流陽子ビームの供給を目的として負イオンンの取出しラインから後段のビーム輸送系に接続さ加速用のビーム取出しラインが設けられ、サイクロれる。一方負イオン加速モードでは負水素イオンはトロン内部には負イオン加速の際のビーム取出しに使うフォイルストリッパー装着アームが設けられた。 半径 750〜800mm に置かれたフォイルストリッパー
大電流の陽子ビームはイオンガイド法での不安定核（炭素薄膜）を通過し、電子を剥ぎ取られて陽イオ探索、熱中性子源、ホウ素中性子捕獲がん治療ンに変換された後、引き出され、負イオン加速専用(BNCT)等、物理学、工学、薬学、医学等の各研究分の取出しラインでビーム輸送系に接続される。以下
野で供給が待たれている。新サイクロトロンへの更負イオン加速モードで使用する要素について簡単に
新後、共同利用と並行して通常の陽イオン加速での述べる。
加速パラメータの最適化を行ってきたが、ほぼこれらが確定したのを受けて負イオン加速の準備が開始
2.1 負イオン源
された。

１．はじめに２．930型サイクロトロンとビームライン
図１に 930 型サイクロトロンとその入射ビームライン及び出射ビームラインを示す。負イオン源と、重イオンを含む陽イオン用の ECR イオン源が地下室に設置されている。イオンビームは入射ビームラインによってサイクロトロンの直下まで輸送され、偏向磁石によって 90 度振り上げてサイクロ内に入射される。入射されたビームはサイクロ内のインフレクター電極によって水平方向に偏向され、中心加速負イオン源にはBLAKE V型イオン源を使用してテストを行っている（BLAKE V型イオン源[1]）。このイオン源はカスプ型のイオン源で、負の重イオン用に開発されたものであるが、これを流用しH-を引き出している。
2.2 入射ビームライン
入射ビームラインは複数の偏向電磁石とグレーザーレンズ電磁石、ステアリング電磁石から構成されているが、負イオン加速モードでは、（通常の陽イオン加速モードに対して）偏向電磁石の磁場極性680

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図１:

930型サイクロトロンとビームラインの反転を行う。
2.3 サイクロトロン内への入射と加速サイクロトロン内部でビームを水平方向に偏向す
るインフレクター電極は負イオン加速モードでは印加電圧極性を反転させる。サイクロトロン内のメインコイル磁場は極性を反転させる。負イオンはサイクロトロン内での陽イオン加速の場合と同方向に周回、加速される。
2.3 フォイルストリッパーでの荷電変換と取出し
負イオン加速モードでは半径750〜800mmまで加速した負水素イオン(H-)をフォイルストリッパーと呼ばれる炭素薄膜(50μg/cm2)を通過させることで電子を剥ぎ取り、陽イオン(H+)に変換する。陽イオンになったビームはサイクロトロンの磁場から外向きの力を感じて軌道が外部に向き取り出される。陽イオ
ン加速モードの場合、半径 930mmでの水素イオンのエネルギーが70MeVとすると、その反転磁場で行う
負イオン加速モードの場合は電子の剥ぎ取り位置の半径までの加速になり、ビームのエネルギーは50MeV程度となる。

3

H- 加速の準備作業の現況

東北大CYRICでは1999年にサイクロトロンを680型から930型に更新した。当初は共同利用に付する為、陽イオン加速のパラメータチューニングが優先して行われたが、2002年に入ってほぼこれが完了し、2002年10月より共同利用と並行しながら、マシンメンテナンスの時間を利用して負イオン加速系の整備を開始した。以下に準備作業の現況について示す。
3.1 負イオン源
負イオン源は、東北大CYRICで他の目的で使われていたBLAKE V型イオン源を流用し、2002年10月よりガス系、各種電源及び、それらのPLCでの制御系の整備を開始した。現況では最初の90度偏向磁石後のファラデーカップで200μAのH-ビーム電流値が得られている。今後、引き出し電流増強の為、イオン源内へのセシウム蒸気導入系の整備及び引出電極形状等の最適化、ガス流量やアーク電流、電圧等の最適 化 が 必 要 に な る 。 電 流 値 5 〜 10mA を 目 指 し てチューニング中であるが、到達できない場合も考えて他のイオン源も検討している。
3.2 フォイルストリッパー
もともと930サイクロトロン更新時に設けられたフォイルストリッパーアームにはH-からH+への荷電変換を行う炭素薄膜の位置の角度方向の自由度がな

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引き出し電流値の最大値は8.7μAであり、今後イオい為、アーム先端の予備フォイル交換用の回転子に250mmの延長腕を装着して、荷電変換点が径方向と、 ン源のパラメータチューニング、入射ビーム輸送系の効率の改善によって100μAオーダーのビーム電角度方向の2つの自由度を持つように変更した。
流の取出しをめざす。
3.3 負イオン加速および取出しテスト

４H-イオンをサイクロトロンに入射しての負イオン加速および取りだしのテストをサイクロトロンのメンテナンスの時間を利用して行っている。正イオン加速での陽子50MeV、70MeVの場合のパラメータ（磁場は反転）で、H-イオンのサイクロトロン内での加速が確認された。図2にサイクロトロン内部のメインプローブで計測された電流値を示す。
またフォイルストリッパーでのビームの取り出しテストも行い、通常の陽イオン加速モードのビームラインとの合流点までビーム電流を確認した。この合流点以降のビームラインは陽イオン加速の場合と同じになる。フォイルストリッパーの延長腕の改造によってビームの取出しラインへの入射位置と角度を調整できるようになり、これによって合流点までのビーム輸送が可能となった。
ビーム取り出しの効率はメインプローブで測定される電流値の90%程度が得られている。現在までの300μAの大強度陽子ビーム供給の為のH-負イオン加速の準備が進行中である。サイクロトロンメイン
コイル磁場反転をして。H-イオン加速テストを行い、H+ 加速の場合の50MeVと70MeVの2つの設定の反転磁場でサイクロトロン中でのH-の加速を確認した。
またフォイルストリッパーを使用したビームの取出しテストを行い90%の効率でビームの取りだしに成功した。現在の最大取出し電流値は8.7μAである。
今後、イオン源からの引出し電流の増強および入射系の効率の上昇を図り、100μAオーダーの加速の実現を目指す。

参考文献[1] Y.Mori, Rev. Sci. Instrum., Vol65, N4(1994)1148-1150

メインプローブ電流値
0.00E+00
電流値(A)-2.00E-07-4.00E-07-6.00E-07-8.00E-07-1.00E-06-1.20E-06
0200

400
600
半径R(mm)800

まとめと今後1000

図2：負イオン加速の際、メインプローブで計測された サイクロ内部でのビーム電流値。メインコ
イル磁場の設定はH+50MeVの反転磁場。

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