THE OPERATION OF THE RIKEN RIBF RING CYCLOTRNS
Makoto HamanakaB), Masayuki Kase #, A), Eiji IkezawaA), Hiroshi ImaoA), Shigeru IshikawaB) ,Yukimitsu Ohshiro C) , Jun-ichi OhnishiA), Hiroki Okuno A), Tadashi Kageyama A), Osamu Kamigaito A),
Masanori Kidera A), Hironori Kuboki A), Keiko Kumagai A), Yasuteru KotakaB), Kiyoshi KobayashiB),
Misaki KomiyamaA), Ryo KoyamaB), Naruhiko SakamotoA), Junsho ShibataB), Kenji SudaA), Noritoshi TsukioriB),
Takahide NakagawaA), Makoto NagaseA), Takeshi NakamuraB), Minoru NishidaB), Makoto NishimuraB),
Hiroo HasebeA), Yoshihide HigurashiA), Seiji FukuzawaB) , Nobuhisa FukunishiA) , Masaki FujimakiA) ,Takeshi MaieA), Kazuyoshi YadomiB) , Kazunari YamadaA) , Tamaki WatanabeA), Yutaka WatanabeA)A)
RIKEN Nishina Center, B) SHI Accelerator Service Ltd., C) CNS, the University of Tokyo
2-1 Hirosawa, Wako-shi, Saitama, 351-0198

Abstract
The yearly status report (August 2011-July 2012) of the ring-cyclotron complex (RRC, fRC, IRC, SRC) in RIKEN
RI beam factory is provided.

理研 RIBF リングサイクロトロン(RRC, fRC, IRC, SRC)の運転報告
1.

(AVF)を入射器としてこれまでに 25 年間にわたり多種の重イオンビームを供給し続けてきた。

はじめに理研に現存する 4 台のリングサイクロトロンは、1986 年完成の理研リングサイクロトロン (RRC)、と 2004~2006 年にあいついで完成した中間段リングサイクロトロン (IRC)、周波数固定型リングサイクロトロン(fRC), そして理研 RIBF の主加速器である超伝導リングサイクロトロン (SRC)である。
RRC は、リニアック(RILAC)とサイクロトロン

また 2008 年より理研 RIBF の本格的運転が開始
され、RILAC-RRC-fRC-IRC-SRC モードにより 238Uビームを 345MeV/n まで加速し、RILAC-RRC-IRCSRC モードにより 48Ca ビーム同エネルギーまで加速した。2009 年には、新たに AVF-RRC-SRC モードで 14N ビームと偏極重イオンビームを 250MeV/nまで加速した。2010 年には重イオン入射ライナッ
ク (RILAC2)が建設され 2011 年より RILAC2-RRC-

RRC （理研リングサイクロトロン）

IRC （中間段リングサイクロトロン）# mkase@riken.jp

図１

SRC （超伝導リングサイクロトロン）

理研 RIBF4 台のサイクロトロン（RRC,fRC,IRC,SRC）- 350 -

fRC-IRC-SRC モードにより 124Xe, 238U を 345MeV/uまで加速した。本論文では主に 2011 年 8 月から2012 年 7 月までの一年間のこれら４台のリングサイクロトロンの運転の状況を報告する。

2.

加速モード

RIBF の加速方式を図２に示す。RILAC を入射器とする加速器方式には、これまで周波数可変方式(mode1)と、fRC を用いる周波数固定方式(mode2)の２つがあった。このたび新入射器 RILAC2[3]が完成したことにより mode2 は、主に RILAC2-RRC-fRCIRC-SRC により周波数固定方式で 345MeV/n の Xeと U の加速を専門に行う。この mode2 では、最上流に強力な 28GHz-ECR イオン源を装備し、ウランビームのビーム大強度化が期待される。今後
RILAC2 入射で運転中、古い RILAC は、単独運転で超重元素探索などの実験へのビーム供給に専念できるようになった。
AVF を入射器に用いる方式 mode3 は、軽イオン(A<40)の加速に用いられ、最高 440 MeV/n までの効率的加速が可能である。しかしこれまでビーム強度は 100 pnA 程度に制限される場合があったが、このたび 18O ビーム加速で数百 pnA までの加速に成功した。（表１参照）

図２

3.

運転実績（2011 年後半から 2012 年前半）

あらゆる加速モードのうち、RRC は、常に一番目のリングサイクロトロンとして運転しなければならず、2011 年 8 月〜2012 年 7 月の RRC の運転総時
間数は 5801 時間で、必然的に他のサイクロトロンにくらべて多い。昨年同期間の運転総時間は、4058時間で、東日本大震災に伴う節電要請により運転に制限があったため少なかった。
この１年間の RRC の運転総時間数のほぼ約 40％
は、RILAC2 の mode2 の試験に使われ、Xe, U の加速試験をした。並行して U ビーム大強度化の鍵となるガスストリッパー開発実験が行われた。
表１に 2011 年 8 月〜2012 年 7 月までに加速器したビームのリストをビームデータと共に示す。総照射時間は、昨年同期間は、1700 時間だったのが今年は、2646 時間に増えている。
この一年は、RIBF 実験が精力的に行われ全有効時間の約 90%が費やされた[1]。そのうちユーザーからの要求の多い 48Ca 345 MeV/n ビーム加速が 2012
年 5 月に行われ、ターゲットへのビーム供給率 80%以上を達成した。今年 6, 7 月に 124Xe と 70Zn の 345
MeV/n ビームを加速し RIBF 実験に初めて供給した。
一方 mode3 の加速方式 [2] よる運転は、3 種類のビーム（294MeV/u の偏極重陽子と 18O ビームと、入射器による RRC, IRC, fRC, SRC の加速方式- 351 -

230 MeV/u18O）が加速され RIBF 実験に使われた。
この一年間は、古い施設での実験は、全照射時間の約 10%にとどまった。その中で生物実験は、ビーム と し て 12C, 20Ne-135MeV/n, 40Ar-95MeV/n, 56Fe90MeV/n が使われ、例年通り定期的に実施された。

4.

トラブル

2011 年 8 月～2012 年 7 月までのビーム加速は比較的順調に行われたが、細々したトラブルは頻繁に起こった。
2011 年 5 月、RRC-E セクター電磁石の上メインコイルに層間短絡[4]が発見され、同電磁石に 20ppm程度の磁場変動を起因した。本年の MT 中のビーム安定度に大きな影響を与えた。この夏期メンテナン
ス期間中にそのメインコイルは更新の予定である。
2012 年 6 月には、W セクター下メインコイルで別の層間短絡が起こり、こちらは 1000ppm 以上の磁場変動を起こしたが、幸い場所が特定され、コイルの絶縁を剥いで応急処置を施した。
また 2012 年 4 月に RRC-#2RF 共振器のカプラー
碍子よりリークが発生し実験を中断して新碍子と交換修理した。
2012 年 6 月には RRC-W セクター電磁石のトリムコイルを収容するサブチャンバーの真空度悪化のトラブルがあった。調査の結果、使用していないトリムコイル冷却水導入配管からの水漏れとわかり、現在この系統の冷却配管を封印して対処している。

5.

開発更新

2011 年 11, 12 月に 238U 345 MeV/n ビームを加速しこれまでの最高のビーム強度 3.5pnA を達成した
が、RRC 直後の第一チャージストリッパーとして使われる炭素薄膜の寿命（半日程度）のため安定供給に限界がある。

その対策として第一チャージストリッパーとして差動排気を用いたガスストリッパーを開発中である。
最近のテストにより He ガスストリッパー[5]として安定運転のめどがたった。しかし、得られる荷電状態は低く、これまで固体膜では 69+から 74+であったが、最大でも 65+となりそうだ。
このため、新しい He ガスストリッパーによる荷電数とエネルギーロスを考慮してウランイオンをfRC で加速実現するために、その入射半径と偏向能力を変更するべく改造[6]が進行中である。

6.

まとめRI ビームファクトリーでは、この 1 年間で 6 種類の加速モードによる運転が行われ、その運転総時間は 5801 時間であった。また 238U ビームの大強度化のプログラムが進行中である。
一方 2012 年夏に RRC メインコイル層間短絡問題
でメインコイルの交換工事、ウランビーム等の大強度化に伴い、第一ストリッパー直後の偏向電磁石チャンバーの改造が予定されより安定なビーム供給を目指している。

参考文献[1] N. Sakamoto et al., “理研 RIBF における大強度重イオンビーム加速”,In this Proceedings.

[2] J. Shibata et al., “理研 AVF サイクロトロンの運転状
況”, In this Proceedings.
[3] K. Yamada et al., “Beam Commissioning and Operation of
New Linac Injector for RIKEN RI-beam Factory”, Proc. Of
IPAC 2012, New Orleans, LA, USA, May 2012[4] Y. Watanabe et al., “理研リングサイクロトロン(RRC)の電磁石の老朽化”, In this Proceedings.
[5] H.Imao, et al., “大強度ウランビームのための He ガス荷電ストリッパー” , In this Proceedings.
[6] K.Kumagai, et al., “RI ビームファクトリー固定周波数サイクロトロン（fRC）の改造”, In this Proceedings.

表１ 2011.08ー2012.07 コース別加速時間
加速器運転モード

ビームコース 実験回数
E63E5B

9E5A
E3A
SAMURAISHARAQBigRIPS
Big-Pol
BigRIPSSAMURAIBigRIPS
ZDS
E5A

11

AVF+RRCRILAC+RRC
RILAC+RRC+IRC+SRC

AVF+RRC+SRC
RILAC2-RRC-fRC-IRC-SRC
RILAC2-RRC

加速粒子＆エネルギー
供給実績ビーム強度(pnA) 照射時間(h) 全体比率（%）(MeV/u)2222.526
1.0
Ne-110
13688
33
1.2
C-100
40
6
170.6
Ar-95
12783
46
1.7
C-135
56
160.2
Fe-90
20
18
20.1
Ne-135
70
31118
4.5
Zn-63
86
58
70.3
Kr-36

248

1111121

Zn-345Pol.d-29418O-294
18O-230
238
U-345
124
Xe-345
238
U-10.75

Ca-34570- 352 -260

548

20.7

100
67
344
425
3.5
7.7
10.3
Total

107
111
184
514
544
430
122646

4.0
4.2
7.0
19.4
20.6
16.3
0.5
100