STUDY OF EXTRACTION AND TRANSPORT LINE FOR 18GHz SCECRAT RCNPT. Yorita, K. Hatanaka, M. Fukuda, M. Kibayashi, S. Morinobu, A. Tamii
RCNP, Osaka University
10-1 Mihogaoka, Ibaraki, Osaka 567-0047 Japan

Abstract
An 18 GHz superconducting ECRIS has also been installed to increase beam currents and to extend the variety ofions, especially for highly charged heavy ions which can be accelerated by RCNP cyclotrons. The mirror magnetic field
is produced with four liquid-helium-free superconducting coils and the permanent magnet hexapole is of Halbach typewith 24 pieces of NEOMAX-44H material. The production development of several ions like B, O, N, Ne, Ar, Ni, Kr andXe has been performed. Further studies for the beam extraction and transport have been done in order to increase thebeam injected to cyclotron. The new beam extraction system has been developed and some beam test has been done. It
is found that extraction electrode applied to minus increases ion beams. Additional steering magnets also have been
installed to counteract against the magnetic field leakage from AVF Cyclotron.

RCNP 18GHzSC-ECR ビームの引出し系及び輸送系の開発
1.

はじめに

大 阪 大 学 核 物理研究センター（ RCNP）では、AVF サイクロトロン及びリングサイクロトロンでの加速ビームの強度の増強及び加速イオンの多様化を目指し、18GHz 超伝導 ECR イオン源を導入し開発を進めてきた。これまで B,C, O, N, Ne, Kr, Xe な
どのイオン生成の開発が行われ、既に実験ユーザーにも供給されてきた[1]。今回、更なる加速ビーム増強のため、イオン源出口電極構造の大幅な改造を行った。具体的には開口の拡大、及び印加電圧の最適化を行った。 また、引出されたイオンビームのAVF サイクロトロン入射までのビーム透過効率の向上を目指し、漏れ磁場が問題となっているビーム輸送系へのステアリングマグネットの設置などを行った。

Fig.1: 今回改造を行った出口電極の構造図。a)が改造前。b)が改造後を示す。いずれの図において、プラズマ電極を青色、引き出し電極を赤色、アインツェルレンズを緑色で示す。

2.

引き出し系の開発2.1

引き出し電極の改造

イオンビーム増強のため、引き出し電極系の改造を行った。改造前の構造を Fig.1 の(a)に、改造後の構造を Fig.1(b)に示す。(a), (b)ともプラズマ電極を青色、引き出し電極を赤色、アインツェルレンズを緑色で示している。改造のポイントとしては、まず、プラスに印加されているプラズマ電位に対し、引き出し電極を最大－２０ｋＶまで印加可能とした。マイナスに印加された引き出し電位はアインツェルレンズの領域を超え更に下流のバッフル部分でグランドに戻るようになっている。これにより、引き出しビームの大強度化、低エミッタンス化が期待される。
次のポイントとしては、引き出し電位の中に設置されたアインツェルレンズは設置位置に自由度が持たせられている。これにより、アインツェルレンズの最適化が可能になる。最後のポイントとして、プラズマ電極位置、及び引き出し電極位置、双方をビー
ムテストの最中、真空を破ることなしに大気側から変更可能な構造とした。これは、一つは引き出し電極位置の最適化をビーム強度を見ながら調整可能とするためである。また、他方、プラズマ電極を調節可能とすることで、できるだけ条件を変えずに、プラズマチェンバーにおける、ミラー磁場条件、プラズマ電極位置、そして、バイアスディスク位置それぞれのビーム強度に関する相関を詳細に調べることが可能となる。これは即ち、ビーム強度がバイアスディスクの位置及びプラズマ電極位置に依存し、この依存性はプラズマチェンバー内でのＲＦ固有モードが立つ条件でビーム強度最大になることが示唆されており[2]、恐らくは固有モード状態でのＲＦの腹・節とミラー磁場の共鳴点の位置が強く相関するであろうことが考えられるということを、効率よく- 397 -

Fig.2: ＳＣ－ＥＣＲのビーム輸送系と各コンポーネントの配置図。 ST1, ST2 はステアリン
グ、BM は偏向電磁石、TQ1, TQ2 は静電 Triplet
Q lens、FC1, FC2, FC3 はファラデーカップ、addST1, addST2 は今回新設したステアリング電磁石である。

Fig.3: イオン源ビーム輸送系とＡＶＦ電磁石等を上方から重ねてみた様子。イオン源ビームラ
インとＡＶＦの Median Plane は６ｍの高さの差がある。

試験し明らかにいていくことが可能となるのである。 3.

ビーム輸送系の開発

3.2

ビームテストと結果
3.1 漏れ磁場対策としてのステアリング電磁石
新しい引き出し電極は製作され、設置が完了し、ＡＶＦへ入射されるビーム増強のためビーム輸送ビームテストが行われた。但し、新しい電極の耐電 系の見直しも行った。特にかねてから問題とされて圧に多少の問題があり、今回実施したテストは引き きた、ＡＶＦからの漏れ磁場のビーム透過率に対す出し電極を－６ｋＶまで印加するところまでである。 る影響[3]を低減するためビーム輸送ラインにステア
20Ne6+で行ったビームテストの結果を、Table 1 リング電磁石を２台設置した。Fig. 3 にイオン源のに示す。プラズマ電極でのドレンカレントが一定と ビーム輸送系とＡＶＦのマグネット等を上方から重いう条件になっている。電極の径は、プラズマ電極、 ねてみた図を示す。イオン源ビームラインとＡＶＦ
引き出し電極ともにφ１０、電極間の距離は２０ｍ の Median Plane は６ｍの高さの差がある。また、ｍである。ビーム電流は Fig. 2 の FC1 で示したファ Fig. 2 の addST1, addST2 で示したのが今回増設した
ラデーカップで測定した。この結果、引き出し電圧 ステアリング電磁石である。Fig. 2 を見てわかるよをあげるに従いビーム強度が大幅に増加することが うに TQ1, TQ2 の領域には今回設置した addST1,分かった。また、Fig. 2 の FC3 と FC1 それぞれの電 addST2 を 除 い て は ビ ーム方向を制御できるコン流の比から求められるビーム透過率も引き出し電圧 ポーネントが無かったが、今回の設置により、ビー増強に伴い良くなる可能性が示唆された。これは、 ムの透過率の向上が期待された。
引き出し電圧増強に伴うビームの低エミッタンス化による可能性も考えられる。この点については現在 3.2 ビームテストと結果
FC3 下流側に設置され開発が続けられるエミッタン
ＡＶＦのメインコイルを励磁して、新設のステア
スモニター[3]による測定などで今後明らかにされて リング電磁石によるビーム透過率の改善が見られるいくことが期待される。
か、ビームテストを行った。結果は Table 2 に示した通り。ＡＶＦメインコイル電流が最大値に近い１
２００Ａのとき、ステアリングを使わなかった場合

Table1: Acc kV:加速電圧, Acc mA:ドレンカレント, Extract kV:引き出し電圧, Extract mA:
引き出し電極カレント, FC1~3:Fig.2 で示した
各ファラデーカップ及びそこまでのビーム透過率。これらはＡＶＦメインコイル０Ａの条件下での結果である。

Table1: MAINC:AVF メ イ ン コ イ ル 電 流 , Acc
kV:加速電圧, Acc mA:ドレンカレント, Extract
kV:引き出し電圧, Extract mA:引き出し電極カレ ン ト , FC1~3:Fig.2 で 示 し た 各 フ ァ ラ デ ー
カップ及びそこまでのビーム透過率, addST1,2:
新設ステアラー電流(A)。

- 398 -

に比べ使った場合はビーム透過率が改善することが分かった、但し前節でのＡＶＦメインコイル０Ａでのビーム透過率８０～９０％には遠く及ばず、また、引き出し電圧の条件、あるいはメインコイル６００Ａの場合ともあまり変化の無い結果となった。これらについては、今後、輸送系全体に関して、各コンポーネントの詳細を含んだ漏れ磁場計算や、前節同様のエミッタンス測定など、より包括的な測定、検討、対策が求められる。

4.

まとめ

更なるビーム強度の増強を目指して、ＲＣＮＰの１８ＧＨｚＳＣ－ＥＣＲの引き出し系、及び輸送系の開発を行った。
引き出し系は電極の改造を行った。放電などの問題があるため目下構築途中ではあるが、簡単な引き出し電圧印加テストを行った。その結果、引き出し電圧によってビームが大幅に増強される可能性が示された。
また、輸送系におけるビーム透過率に関して、透過率を悪化させる原因と考えられるＡＶＦメインコ
イルの漏れ磁場をキャンセルさせるためにステアリング電磁石を２台新設した。これにより、ビーム透過率の向上が見込まれたが、ＡＶＦ励磁なしの場合の透過率８０～９０％を達成するためには更に詳細な開発が必要であることが分かった。

参考文献[1] T. Yorita, et. al, Rev. Sci. Instrum. 79, 02A311 (2008)[2] T. Yorita, et. al, Rev. Sci. Instrum. 81, 02A332 (2010)[3] T. Yorita, et. al, Rev. Sci. Instrum. 83, 02A335 (2012)- 399 -