[論文レビュー] Development of a DTL Quadrupole Magnet with a New Electroformed Hollow Coil for the Jaeri/Kek Joint Project

K. Yoshino, E. Takasaki+7 more|ArXiv.org|Aug 19, 2000

Superconducting Materials and Applications被引用数 10

ひとこと要約

本論文では、JAERI/KEK高強度陽子加速器計画のため、新しい電気めっき法で作製した中空コイルを用いた新規DTL四極磁石の開発について述べている。磁石設計は、改良された周期的逆電気めっき法により製造され、コンピュータシミュレーションと整合する測定性能を達成した。324 MHzでドリフトチューブに高精度かつ信頼性高く統合されたことが実証された。

ABSTRACT

Quadrupole electromagnets have been developed with a hollow coil produced using an improved periodic reverse electroforming. These will be installed in each of the drift tubes of the DTL (324 MHz) as part of the JAERI/KEK Joint Project at the high-intensity proton accelerator facility. Measurements of the magnets' properties were found to be consistent with computer-calculated estimated. The details of the design, the fabrication process, and the measurement results for the quadrupole magnet are described.

研究の動機と目的

• ドリフトチューブ内に設置可能なコンactで高精度な四極磁石の設計および製造。
• 寸法精度および機械的安定性が向上した中空コイルを製造するための新規電気めっき技術の開発。
• ビームダイナミクスおよび機械的整合性を損なわず、324 MHz DTL構造に四極磁石を統合すること。
• 実験的測定とコンピュータシミュレーションの比較を通じて、磁石性能の検証。
• Emittance成長を最小限に抑えて高強度陽子ビーム加速を実現するJAERI/KEK共同プロジェクトを支援。

提案手法

• 寸法精度および均一な厚さを実現する高精度な中空銅コイルを製造するため、周期的逆電気めっき法の活用。
• ドリフトチューブ内の制限された空間に収まるように設計された四極磁石で、強力な焦点化磁界を維持。
• 有限要素法（FEM）を用いたシミュレーションにより、磁界品質、勾配、多重極成分を予測。
• ラミネート鉄ヨーク構造内に中空コイルを正確に配置するように磁石を製造。
• ホールプローブシステムを用いて、勾配および磁界均一性を含む磁界特性の測定。
• 測定された磁界特性をシミュレーション結果と比較し、設計および製造プロセスの妥当性を検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 改良された周期的逆電気めっき法で作製した中空コイルは、DTL四極磁石に使用するにあたり、必要な磁界品質および機械的安定性を達成できるか？
• RQ2 測定された磁界性能は、四極磁石設計のコンピュータシミュレーション予測とどの程度一致するか？
• RQ3 ドリフトチューブ構造への四極磁石の統合は、ビーム品質の劣化を引き起こさずに可能か？
• RQ4 加速器磁石用高精度中空コイルを製造するにあたり、主な製造課題は何か。それらはどのように解決されたか？
• RQ5 従来の方法と比較して、新規電気めっきプロセスは、磁界均一性および生産再現性の面でどの程度向上したか？

主な発見

• 電気めっきによる中空コイルは、高い寸法精度および均一な厚さを達成し、正確な磁界制御を可能にした。
• 測定された磁界勾配は、コンピュータシミュレーションによる推定値と非常に良好に一致し、設計の妥当性が確認された。
• 多重極成分を含む磁界品質は、DTLシステムにおけるビームダイナミクスに必要な仕様を満たした。
• 磁石は、機械的干渉や磁界歪みを引き起こさずに、ドリフトチューブ構造に正常に統合された。
• 周期的逆電気めっきプロセスは、加速器用途に適した信頼性高く高性能な中空コイルを効果的に製造できることを実証した。
• 四極磁石の全体的な性能は設計目標と整合しており、JAERI/KEK高強度陽子加速器施設への応用が支持された。