The 14th Symposium on Accelerator Science and Technology, Tsukuba, Japan, November 2003

Ｓ－ＬＳＲの真空系
頓宮拓、池上将弘、石塚徹 A)、小野 恒一 A)、渋谷 真二 B)、白井 敏之竹内 猛 C)、田辺幹夫、野田 章、野田 耕司 C)、 Fadil Hicham、藤本慎司
京都大学化学研究所附属原子核科学研究施設〒611-0011 京都府宇治市五ヶ庄A)
B)

住友重機械工業株式会社〒792-8588 愛媛県新居浜市惣開町 5-2

加速器エンジニアリング株式会社〒263-8555 千葉県千葉市稲毛区穴川 4-9-1
C)

放射線医学総合研究所〒263-8555 千葉県千葉市稲毛区穴川 4-9-1

概要
Ｓ－ＬＳＲの真空システムは目標のリング平均真空度を 10-9 Pa としてデザインしました。アークセクションの真空チェンバーには静電型ビームポジションモニタ、静電場電極が設置されガス放出面は広いですが、製作工程にて950℃のプレベークを採用することで目標の真空度を実現できます。また、ストレートセクション、トランスポートラインについても放出ガス量を抑えたチェンバーの検討をしています。

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はじめに京都大学化学研究所（ＩＣＲ）ではイオン蓄積・冷却リング、Ｓ－ＬＳＲの設置が来年度に予定されています。Ｓ－ＬＳＲは医療用小型シンクロトロンに向けてのレーザーイオン源からのビーム特性の改善とレーザー冷却によるクリスタルビームの実現を主な目的として放射線医学総合研究所（ＮＩＲＳ）と共同で開発を進めてきました。
現在、偏向電磁石、四重極電磁石の製作が済み、磁場測定を行っています[1][2]。また、電子冷却装置およびアークセクションの真空チェンバーは設計を終え、製作を進めています。
本稿ではＳ－ＬＳＲのアークセクション真空チェンバーと真空システムのデザインおよび現状について報告します。

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Ｓ－ＬＳＲ概要

Ｓ－ＬＳＲのデザインはＲ＆Ｄのためのストレートセクションと速い取出しビームの利用エリアを確保した上でＩＣＲイオン線形加速器実験棟の実験エリアに設置できるコンパクトリングを実現しています。図 1 のように
S-LSR は周長、ストレートセクション長、曲率半径がそれぞれ約 22.6m、1.86m、1050mm の６回対称のリングで各ス
トレートセクションにはビーム入出射、ビームモニタ、ビーム加速、レーザー冷却、電子ビーム冷却のコンポーネントを設置します[3][4]。
Ｓ－ＬＳＲの入射器には調整運転時には既存の 7MeV陽子線形加速器を使用しますが、その後重粒子線がん治療用加速器研究のために検討中の C６＋、Mg＋イオンを使用します。

図１：S-LSR のレイアウト

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真空チェンバー3.1

デザイン

図 2 のようにＨ型偏向電磁石と四重極電磁石のヨーク間隔は 200ｍｍで、その場所には漏れ磁場の影響緩和を目的としたフィールドクランプを設置します。そのためアークセクションの真空チェンバーはベローズを有した偏向電磁石と四重極電磁石の共通のチェンバーにしました。
このチェンバーにはコンダクタンスの良い排気ポートを設けることは難しく、図に示すようにアークセクションにおける真空排気は２個のＮＥＧポンプを採用します。フィールドクランプの開口部にてＮＥＧポンプのメンテナンスを行います。また、直線部の延長にはレーザー導入のために偏向電磁石ヨークを貫通してポートを設けています。

3.2

ビームポジションモニタ

チェンバーの四重極電磁石の設置位置に静電ピックアップ型のビームポジションモニタを取り付けます。モニタには上下各２枚、計４枚三角形のピックアップ電極を使用します。ピックアップ信号の取出しにはフィードスルーフランジを使用します。図 3 のようにモニタはアパーチャーの確保のため上下分割形状を採用しますが、グランドプレートをチェンバーフランジに固定することでモニタの取付け位置精度、剛性を確保することができます。現在、電気回路系を含めたビーム位置精度、信号強度、分解能等を考慮し、各部のサイズ、材質等を検討しています[5]。

3.3

ビーム軌道補正電極

その間の中間電極でビーム軌道付近の電場補正を行います[6]。

3.4

製作

このチェンバーをデザインする上でビームアパーチャーの確保、ビームポジションモニタと静電電極のアライメント精度、到達真空度について注意して検討しました。
ビームポジションモニタと静電電極のアライメント精度は±0.05mm を目標としています。チェンバーはベーキング時のひずみ吸収のためのベローズによりポジションモニタ、静電電極の設置された３つの部分はそれぞれ独立にアライメント微調整を行うことができます。そのためチェンバー設置の前にポジションモニタ、静電電極の校正、位置精度をチェンバーに対して行っておくことでマグネットに対するアライメントが可能となります。特に静電電極は真空排気をした状態でチェンバーに対してアライメント行い、真空によるたわみのエラーを防ぎます。
通常、SUS316L で製作された真空チェンバーは２時間200℃程度のベーキング後、数日の真空排気によるエイジングでガス放出速度は 10-8～10-9 程度です[7]。Ｓ－ＬＳＲ
では主に Mg＋蓄積時におけるビーム寿命を考慮し、10-9 Paの真空度を実現するためにチェンバー内面を機械研磨、溶接成形後に 950℃、2 時間の真空焼き出し（プレベーキング）による製作工程を採用しました。これと同等の工程にて製作した真空ダクトを用いたＮＩＲＳでのＲ＆Ｄでは 1×10-10 Pa・m3・s-1・m-2 以下の放出ガス速度を実現しています。

4真空システム

Ｓ－ＬＳＲでは低エネルギービームの蓄積時に偏向電磁石中での運動量の違いによる軌道の分散補正を行うための静電場電極を真空チェンバー内に設置します。この電極はＳ－ＬＳＲの運転モードにより使用しない場合にユースフルアパーチャーの外に移動させる必要があるため駆動機構を設けています。電極には約 2kV の電圧を加え、建設予定の真空排気ポンプの配置は図 4 のようになります。イオンポンプが使用可能な真空までターボ分子ポンプとロータリーポンプからなる粗引き用排気ユニットを用いて排気し、超高真空域ではバルブによりリングから切り離します。上記のようにアークセクションには NEG ポン
プのみで排気しますが、ストレートセクションにはモニタ等の各コンポーネントチェンバーにチタンサブリメーションポンプとイオンポンプを設置します。

図２：真空チェンバー、マグネット組立図

図３：ビームポジションモニタ

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図４：S-LSR 真空システム
トセクションおよびビームトランスポートラインのチェンバーは機械研磨後のアニールのみで十分に放出ガス速度を抑えることが可能と考えています。現在、ＮＩＲＳから引き継いでＩＣＲにて低ガス放出速度チェンバーの製作工程についてＲ＆Ｄを進めています。

参考文献[1] 池上将弘,他, “イオン蓄積リング S-LSR の偏向電磁石磁場 測 定 ”, Proceedings of the 14th Symposium ofAccelerator Science and Technology, Tsukuba, Nov. 11-13,
2003.
[2] 竹内猛,他, “小型イオン貯蔵リング S-LSR のための４極電 磁 石 製 作 と 磁 場 測 定 ”, Proceedings of the 14th
図５：S-LSR の真空度計算結果
Symposium of Accelerator Science and Technology,チャンバー（材質 sus316L）の放出ガス速度はプレベー
Tsukuba, Nov. 11-13, 2003.
キングの有無でそれぞれ 5×10-10 Pa・m3・s-1・m-2、1[3] A Noda, et al, “Compact Accelerator Development at
×10-8 Pa・m3・s-1・m-2 としています。
S-LSR”, Proceedings of the 14th Symposium of Accelerator
Science and Technology, Tsukuba, Nov. 11-13, 2003.
[4]T Shirai, et al, “Lattice design of the compact cooler ring,
図 5 は図 4 の排気系を用いた場合の到達真空圧を計算しS-LSR”,
Proceedings of the 14th Symposium of Accelerator
た結果です。これは上記チャンバーと標準的な表面処理をScienceandTechnology, Tsukuba, Nov. 11-13, 2003.
行ったチェンバーを数日程度の約 200℃の現場ベーキング[5]
藤本慎司,他, “S-LSR にお けるビームモニタ開発 ”,をした場合の真空圧放出ガス速度を考慮した計算で、リン-9Proceedings
ofthe 14th Symposium of Accelerator Science
グの平均真空度は約 5×10 Pa を実現することができます。
andTechnology,Tsukuba, Nov. 11-13, 2003.
陽子線形加速器からのビームトランスポートラインは[6]
田辺幹夫,他,“偏向電磁石内部に設置する電極の設計”,
約 5m おきに 150l/s の排気ユニットを設置します。リング
Proceedings of the 14th Symposium of Accelerator Science
手前約 5m から差動排気ためのイオンポンプを使用しベーand Technology, Tsukuba, Nov. 11-13, 2003.
キングを行うためリングの真空に影響はありません。
[7] 株式会社アルバック, 新版 真空ハンドブック,51-57,
2002.

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まとめS-LSR の目標真空度の実現において重要な点は放出ガス量の軽減で、アークセクションチェンバーはプレベークを行うことで実現できると考えています。また、ストレー