PRISM-FFAG電磁石の開発 大阪大学 久野研究室 中丘末広
目次 PRISMとは？ FFAG 電磁石について FFAG電磁石の設計方針 二次元磁場計算 三次元磁場計算 今後の課題
PRISMとは？ PRISM= Phase Rotated Intense Slow Muon source 位相空間回転等を利用して、2次粒子ビームチャンネルとして運動量幅の狭い、大強度、 高純度のミューオンビームを生成する計画。これを用いてLepton Flavor Violationを探る。 求められるビーム特性 強度 1011～1012μ±/sec 中心運動量 120Mev/c 運動量幅 入射時±30% 取り出し時±3% 繰り返し周波数 100Hz
FFAG 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 横方向アクセプタンスが大きい コンパクト 速い位相空間回転 位相空間回転リング パイオン崩壊系 パイオン捕獲系 FFAGの利点 シンクロトロン振動 サイクロトロンでは駄目（等時性） 運動量アクセプタンスが大きい 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 コンパクト リングなのでコンパクトにできる 少ないRF 速い位相空間回転 PRISMではFFAGを位相回転器として用いる
FFAG電磁石の種類・特徴 磁場勾配 Pole 型 利点 Radial sector トリプレット方式 磁極の間隔を変える B0:中心軌道での磁場 k:半径方向の距離の微小 変化に対する磁場の変化 の割合 Radial sector トリプレット方式 DFD配置で強収束を形成 Pole 型 磁極の間隔を変える 利点 確立した技術 PoP FFAG, 150 MeV FFAG で採用されている。 設計は簡単 欠点 ギャップ間隔は小さい →アクセプタンスが小さくなる。 フリンジング磁場がrによって変化する。 K値が変えられない
FFAG電磁石の種類・特徴 ハイブリッド型 利点 平坦磁極型 ポール型と平坦型を組み合わせる。 磁極面をmedian planeに対し平行にし、磁極面に並べたトリムコイルで磁場勾配を作る 利点 アクセプタンスが大きい フリンジング磁場のr 依存性が少ない。 K値が変えられる。 欠点 設計が難しい 電流の制御が必要 ハイブリッド型 ポール型と平坦型を組み合わせる。 ポール型の磁極の下に異方性を持った中間磁極を配置し、漏れ磁場のr分布を抑える。 利点 トリムコイルの電流が少なくてすむ
中間磁極について メリット コイルによる磁場のがたつきを抑えることができる。 中間磁極は下図のように鉄 の間に空気の層をはさむこと によって作られる。これにより r方向のμを小さくできる。 中間磁極 R方向 鉄
中心磁場が0.9Tでサブコイルoffの時にk=5となるように設計してある。 中間磁極あり 中間磁極なし
中間磁極を設置したほうがk値が安定しているのがわかる。 中間磁極あり 中間磁極なし 中間磁極を設置したほうがk値が安定しているのがわかる。
FFAG電磁石の設計方針 ハイブリッド型 を広範囲で満たすように設計 ギャップ間隔g、電流I、コイルの巻き数Nとしたとき を広範囲で満たすように設計 ギャップ間隔g、電流I、コイルの巻き数Nとしたとき より、磁極のギャップ間隔は に比例 まず二次元でおおまかな計算をして実際の三次元計算 に移る。
二次元磁場計算 二次元磁場計算ソフトPOISSONの拡張版PANDIRA（異方性を入力できる）使用 中心磁場0.9Tでk=5を目指した。 425 575 中心磁場0.9Tでk=5を目指した。 実現可能
三次元磁場計算 三次元磁場計算ソフトTOSCA使用(例）
トリプレット方式の電磁石
TOSCAとPANDIRAの計算結果の比較
TOSCAとPANDIRAの計算結果の比較 内側でずれが見られる
まとめと今後の課題 二次元磁場計算ではうまく磁場をつくることができた 今後は三次元磁場計算ソフトToscaによる詳細な磁場計算を行い磁石の形状を決める