Transcript PRISM-FFAGの開発（Ⅴ） ー 電磁石開発 ー

PRISM-FFAGの開発（Ⅴ）
ー 電磁石開発 ー
大阪大学 理学研究科
久野研究室 M1
中丘末広
PRISM working group
目次
1. PRISM-FFAG電磁石への要求事項
2. 異方性中間磁極を用いた電磁石デザイン
1. 異方性中間磁極の説明
2. 異方性中間磁極の効果
3. 電磁石デザイン
3. 中間磁極なしの電磁石デザイン
1. トリムコイル
2. 電磁石デザイン
4. トラッキングによる比較
5. まとめ
PRISM-FFAG
PRISM
高輝度ミューオン
大強度ミューオン
位相空間回転
大アクセプタンス
FFAG = Fixed Field Alternating Gradient
B(r) = B0(r / r0)k
k : field index (定数)
(radial sector 型)
FFAGの利点
–
シンクロトロン振動

–
運動量アクセプタンスが大きい

–
サイクロトロンは等時性のため不可
シンクロトロンは小さい（数 ％）
横方向アクセプタンスが大きい

強収束
10,000π mm mrad 以上＠Ｋ値＝５
PRISM-FFAGレイアウト
PRISM-FFAG電磁石の特徴




Radial sector型
ＤＦＤ triplet
薄型
Ｃ型マグネット
–

大口径
–

入射・取り出し
ビーム
収束
発散
100cm x 30cm
k値・F/D比が可変
z
θ
r
異方性中間磁極型を用いた電磁石
メインコイル
磁場分布
B(r) = B0(r / r0)k
トリムコイル
強磁性体
問題点
常磁性体
問題点
•ギャップ間隔がrによるのでフリンジン
•k値が変えられない。
グ磁場が一様でない。
•ギャップ間隔がrによるのでフリンジン
•少ない数のトリムコイルではその近傍
グ磁場が一様でない。
で磁場ががたつく。

メインコイル
→各ｒでの磁場の相似性をよくする。

異方性中間磁極型
トリムコイル使用
通常型
磁極形状によるフリンジング磁場のr依存
性を抑える
トリムコイルによる磁場のがたつきを抑え
る。
異方性中間磁極の効果１ -磁場相似性TOSCAによる三次元磁場計算結果
中間磁極なし
中間磁極あり
異方性中間磁極により磁場分布のｒ依存が解消される。
効果２ -トリムコイルの影響PANDIRAによる二次元磁場計算結果
中間磁極なし
中間磁極あり
トリムコイルでk値をディフォルトの状態から変えた場合
のlocal kのふるまい。異方性中間磁極によってトリムコ
イルに近い領域での磁場振幅が大幅に減少できる。
中間磁極板厚の検討
異方性中間磁極
異方性
中間磁極
μr = 2 , k値 = 4.7 の場合にtracking
を行って評価
中間磁極板
厚（cm）
4次元アクセプタンス
(×107(mm・mmrad)2)
無限小
12.2
2.2
12.0
3.3
8.94
板厚は2cm以下程
度でよい
PRISM-FFAG電磁石デザイン１
異方性中間磁極を用いた場合
1セル内の配置図
D磁石断面図
F磁石断面図
フィールドクランプ
D
D
F
メインコイル
異方性中間磁極
I [Fメインコイル]
72800A・T
Ｉ [Dメインコイル]
12300A・T
ヨーク重量
19.7t/cell
中間磁極重量
1.4t/cell
中間磁極なしの電磁石
トリムコイルの影響の改善策
薄い銅板
トリムコイル
本体
Z
中間磁極なし(z=12cm)
r
銅板
θ
通常のトリムコイルの下に銅板を貼り付けることにより中間磁極が
なくても、トリムコイルによる磁場のがたつきは抑えることができる。
PRISM-FFAG電磁石デザイン２
中間磁極なしの場合
D磁石断面図
1セル内の配置図
F磁石断面図
フィールドクランプ
D
D
F
メインコイル
I [Fメインコイル]
68400A・T
Ｉ [Dメインコイル]
11200A・T
ヨーク重量
18.7t/cell
磁場分布の比較
中間磁極なし
中間磁極あり
Zero Chromaticity
中間磁極なし
中間磁極あり
中間磁極有りの方がvertical tuneのバラつきが少ない。
磁場の相似性に起因するものと思われる。
アクセプタンス
４次元の位相空間におけるアクセプタンスを評価して、
その水平・垂直位相空間への射影をもって２次元のアク
セプタンスの目標値との比較を行った。
目標値
四次元アクセプタンス
(×106(πmm・mrad)2)
中間磁極な
し
中間磁極あ
り
707.4
930.6
水平アクセプタンス
(×103πmm・mrad)
20
27
37
垂直アクセプタンス
(×103πmm・mrad)
2.0
8.5
8.0
まとめ



大アクセプタンスFFAGにおける異方性中間磁
極型電磁石について検討した。
中間磁極の有無に関わらず大口径FFAGを作る
ことは可能である。
トラッキングの結果、中間磁極を用いることで４
次元アクセプタンスが1.3倍になった。
目次
4.Tracking
5.まとめ
3.中間磁極型
電磁石の検討
1.FFAG とは
2.PRISM-FFAG電磁石