Proceedings of the 20th Linear Accelerator Meeting in Japan (September 6—8,1995, Osaka, Japan)◊ -17

The Tohoku University Stretcher-Booster Ring
M. Oyamada and STB Group1
Laboratory of Nuclear Science, Tohoku University
1-2-1 Mikamine, Taihaku-ku, Sendai 982, JAPAN

Abstract
Tohoku University Stretcher-Booster Ring project was approved this year and will be completed in 1997.
This ring plays three roles: the pulse beam stretcher, the booster and the storage ring for the internal target
nuclear experiment. Its maximum energy is 300 MeV as the stretcher and 1.2 GeV as the booster and thestorage ring.

東北大学ストレッチヤー•ブースタリング
1 . はじめにレッチ ヤー • リ ン グ （SSTR、 150 MeV ) の建設を発

パ ル ス 型 電 子 リ ニ ア ックは高 エ ネ ル ギ ー の 電子を供表し、 [2 ]1982 年に世界で初めて完成させた。 [3] そ給する加速器として非常に優れており、原子核の研究の後現在まで、実際にこのストレッチヤー• リングをに果たした役割は計り知れなレヽ。 しかしながら近年の用いて原子核の同時計数実験を行い、成果を上げてい精密な原子核の実験には同時計数の手法の採用は必る。 こ の S S T R をきっかけに、世界の パ ル ス リニアツ須となり、世界的に連続電子線の重要性がますます認クを保有する研究所の連続電子線加速器計画は全てリ識されるようになった。東北大学原子核理学研究施設

ニアック + ス ト レ ッ チ ヤ ー ，リングを採用した。核理(核理研） ではいち早く連続電子線加速器の検討を始

研ではこの実績に基づレ、て次期の加速器を概算要求しめ、 1978 年に 、将来の加速器計画として パ ル ス リニていたが、 [4] [5] [6] [7] [8 ] この度幸 いに も 9 5 年 、96

アック + ストレッチヤー方式を提唱した。 [1]1980 年

年 の 2 力年にわたって建設予算が翹められた。にはこの方式の有効 14 を実証するため、テ ス ト•スト

F i g . 1 . 東北大学放射光リング、ス ト レ ッ チ ヤ ー • ブースタリング計画

1Tohoku U niversity, M iyagi N a tio n a l College of Technoloey, K E K a n d I n s titu te for M olecular Science2 , ストレッチヤー•ブースタリングの概要考慮してエネルギー分散を 0 にしてある。 リングを構成ストレッチヤーリングのエネルギーの限界は電子を人する偏向電磁石 (8 台 ) 、四極電磁石 (20 台 ) は、300 MeV射するリニアッグの性能に依存する。現 在 の 300 MeV

か ら 1.2 G e V ま で 0 .4 秒で加速するので、0.5 m m 厚リニアックでは原理的にそれ以上のエネルギーの連続の珪素鋼板を用いた積層型にしてある。入 射 は 3 回転電子線は望めない。 そこで我々はリングにパルス電子

入 射 方 式 で 3 台のキッカー電磁石を用いて内側から入を入射後加速し、高いエネルギーで保持し内部標的を射する。入射セプタム電磁石は短いパルス電磁石と長用いることで、連続電子線と等価な実験を行うことをい直流電磁石を組み合わせて用いる。 ストレッチヤー考え考えた。 これがストレッチヤー•ブースタリングモードでの遅レ、取出しはセプタム電極で切出し、ベーを採用した理由である。更にこのリングは、東北大学

タートロン振動の振幅が大ぎくなったところで直流セでも建設の要望の強い、放 射 光 リ ン グ （1.5 GeV ) のプタム電磁石で取出す。 一方ブースタモードでは、早入射器としても利用することが出来る。 [9] 今回の予算

い 取 出 し は 1 台のキッカー電磁石を用い、遅い取出し

ではリング建屋は認められなかったので、 リングは現は薄い標的によって散乱されて振幅の大きくなった電有の第二実験室（
1 6 m x 3 4 m ) 内に建設する。 その子を、セプタム電磁石で取出す。 この取出し用セプタ

ためリングの周長、直線部の長さ、偏向電磁石の最高

ム電磁石は直流で 1.2 G eV 対応にしてある。高いエネ磁場等を勘案してブースタとしての最高エネルギーをルギ一での遅レヽ取出しビームは強度は得られなレ、が、1,2 G e V に決定した。F i g . 1 に放射光計画を含んだ全検出器の校正などの需要を満たす。

体計画を示す。 今回建設予算が認められたのは図中太線で示した部分である 。

.

3 • ストレッチヤ '一 • ブ'—スタリングの構成
このリングのラテイスは Fig. 2 に示すように 4 回対称の DBA(Double Bend AchrOmat) である。 4 本の直線部は、入射、取出し、R F 加速 、内部標的実験をTable 1 . Parameters of the STB.
M achine P aram eters
Circumference
Lattice type
Super Period
Betatron Tune

49.7512 m
DBA
4i/x=3.30
i/y ニ1.20

Momentum Compaction
Factor
Chromaticity
RF Frequency
B eam P aram eters
S tretcher m ode
EnergyEnergy loss per Rev.
Energy Width
Damping time

Emittance
B o oster m ode
EnergyEnergy loss per Rev.
Energy WidthDamping timeEmittance4.

a=0.037767^= -5.7861^= -4.9791
500.1/2856.24 MHz

300 MeVU0 = 2.39 x 10_4MeV
A E /E = 1 .2 0 9 x l0 -4
rx= 7 .9 2 1 x l0 ~ 1sec
Ty=7.131x 10-1 sec
7*s=3.396 x 10-1 sec
ニ 8.585x10—9m rad
1.2 GeVU0= 6 .1 1 x lO -2 MeV△ E /E = 5 .8 x l0 _ 4
Tx= 7 .2 3 x l0 _4sec
ニ 6.51x10-4sec
ニ 3 .1 0 x l0 -4sec“ ニ 1.717x 10—
7m radR F システム

このリングは 2 つ の R F システムを備えている。ブースタモードでの加速は大電力を必要とするので、 リニアックの加速周波数のハーモニックスを放棄し、国内他研究機関の経験を踏まえ、500.1 M H z を選んだ。他
方 ス ト レ チ ャ ー モードでは 、 250 M e V 以下の エ ネ ル
ギ一では入射の繰り返し時間間隔 0.33 m sec に対する

Table 2. A quarter lattice of the STB.

ニ実験室にビームを出せない状態になるが、それに先立ち、現在のリ ニ ア ッ ク の エ ネ ル ギ ー 性能 や エ ミ ッタ

Configuration
O l—QF—0 2 —QD—0 2 —BM—0 2 —QC—0 2 —BM—0 2 —QD—0 2 —QF— 〇1ンスの測定を行ったので、本研究会で報告を行う。 [12][11] 最新鋭の連続電子線加速器の完成によって、 これまで困難であった、 中間エ ネ ル ギ ー 核物理学の研究がDrift space〇102
Bending Magnet
Bending angle
Benaing Radius
LengthEdge Angle
Quadrupole Magnet
LengthBore Radius
Focus( horizontal)
Defocus(horizontal)

大いに発展し、 さらに放射光リングの実現に向け、明1.5625 m
0.5000 m

るい展望が開けること期待する。

10°3m
2.355 m0°

R eferences

Q F=QD=0.3 ni
QC=0.4 m
R=0.05 m
QF K=2.0617 m _2
QC K=2.737 m -2
QD K— 2.2287 m~2[1]Y. Torizuka ，Proc. 2nd Svmp. on Acc. Sci. andTech. Tokyo, 277(1978).
[2] T. Tainae, Proc. 3rd Symp. on Acc. Sci. andTech. Osaka, 343(1980).
[3] T. Tamae et al., Nucl. Instr. & Meth. A264,

Table 3. Parameters of the RF system.
Maximum Energy
Maximum Current
RF Frequency
Harmonic Number
Shunt impedanceOver-voltage Factor
Acceleration Voltage
Quantum Lifetime
Synchronous Phase
Synchrotron Frequency
Klystron Output
Wall loss
Number of Cavities

Booster Mode
1.2 GeV
300 mA
500.1 MHz83
6.0367 kV
38 hours
80 。
4°59.5 kHz
100 kW
27 kW
1Stretcher Mode
300 MeV
300 mA
2856.24 MHz
4740.25 MQ
122.87 kV
85.2°
197 kHz
500 W
32.9 W1

放射損失が小さく、単一 エ ネ ル ギ ー 取出し法と相俟っ173(1988).
[4] M. Sugawara, Proc. 4th Symp. on Acc. Sci. andTech. Saitama, 287(1982).
[5] M. Sugawara, Proc. 5th Symp. on Acc. Sci. andTech. Tsukuba, 406(1984).
[6] M. Sugawara, Proc. 6th Symp. on Acc. Sci. andTech. Tokyo, 307(1987).
[7] M. Oyamada, Proc. 8th Symp. on Acc. Sci. andTech. Saitama, 453(1991).
[81 M. Oyamada, Proc. 9th Symp. on Acc. Sci. andTech. Tsukuba, 486(1993).て R F 加速の必要がない。 それ以上の エ ネ ル ギ ー で は
放射損失のため、デューティーファクターが急速に低下するので、や は り R F 加速が必要である。 入射されたビームを取りこぼし無く蓄積するため、周波数をリニアックと同じ 2856 M H z を選んだ。 さらに蓄積電流が 0.33 msec 周 期 で 300 m A か ら 0 m A の間で変化するが、 この条件でも加速電界と位相の変動が少なくなるよう、加速空洞のシヤントインビーダンスを非常に低くし、結 合 定 数 を 非 常 に 大 き く （0=15 ) なるように設 計 • 試作し、実 際 に S S T R に組み込んで加速テストを行い空洞がうまく働くことを確かめた。 [10] R F システムのパラメータを Table 3 に示す。

5 . おわりに新しいス卜レッチヤー•ブースタリングの建設のために、 ビーム分析系の再構築が必要になり、 しばらく第[ 9 ] 山川達也他、放射光リング、ストレッチヤー•ブースタリング計画、東北大学、（1994).
[1 0 ] 中里俊晴他、 日本物理学会第 4 8 回年会予稿集、
仙 台 、（1993).

[11] 渡辺賢介他、本研究会、大阪、（1995).

[12] 雪島正敏他、本研究会、大阪、(1995).