[論文レビュー] Status on the DESIR High Resolution Separator Commissioning

J. Michaud, P. Alfaurt+7 more|arXiv (Cornell University)|Mar 21, 2022

Nuclear Physics and Applications被引用数 4

ひとこと要約

DESIR High Resolution Separator (HRS) at GANIL は、ミラー対称光学、3次歪み補正用の48極子電界多重極子、正確な発散度に基づくチューニングを用いて、25 keV の 133Cs+ ビームに対して 70% の透過率を達成しながら、R = 25,000 の質量分解能を実現した。試運転結果により、この装置は、3次歪みまでの光学的歪みのシミュレーション駆動補正と高度な診断技術を用いた、最新鋭のイン・フライト質量分離装置としての地位を確認した。

ABSTRACT

Many nuclear reactions used to create radioactive isotopes for nuclear research produce, in addition to the isotope of interest, many contaminants, which are often produced in much larger amounts than the isotope of interest. Many installations using the ISOL approach are therefore equipped with high-resolution mass separators to remove at least isotopes with a different mass number. In the present paper, we present the results of the commissioning of the DESIR HRS presently under development at LP2I Bordeaux (formerly CENBG). Optical aberrations are corrected up to 3rd order and a mass resolution of M/$Δ$M of 25000 is reached with a transmission of about 70% for a 133Cs+ beam at 25 keV.

研究の動機と目的

• GANIL の DESIR施設向けに高分解能質量分離器（HRS）を開発・試運転し、放射性陽イオンビームを精製すること。
• ミラー対称性と48極子電界多重極子を用いて、磁気分離器で3次歪みまで補正すること。
• 設計上達成されるべき質量分解能 R = 20,000 を維持しつつ、高い透過率と低いエネルギー分散を実現すること。
• リアルタイムでのビーム特性評価とチューニングを可能にする高度な診断および制御システムを実装すること。
• 25 keV の 133Cs+ ビームを用いた性能検証により、設計目標に近い分解能と透過率を実証すること。

提案手法

• 2つの90°磁気二重極子（入射・出射角36°）をミラー対称配置にすることで、2次歪みを内因的にキャンセルする。
• 独立制御可能な電極を備えた48極子電界多重極子が、最大5次歪みの多重極場を生成し、高次歪みの精密補正を可能にする。
• ビーム診断には、6台のプロファイル計、4台のファラデーカップ、4台のRMNプローブ、6組のスリット、およびリアルタイムでのビーム特性評価用の発散度計が含まれる。
• 制御システムはEPICSを用い、補正コイルや多重極子電圧を含むすべての部品をリモートで管理する。
• 歪み補正は、ZgoubiおよびCOSYを用いたシミュレーションと発散度測定に基づき、発散度パターンを分析するソフトウェアツール（CorrAb）を用いた自動チューニングによりガイドされる。
• 二重極子の極子形状の再設計をシミュレーションし、残留ヘキサポール補正を低減させ、磁場均一性を向上させる計画である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低エネルギー放射性陽イオンビームに対して、高分解能磁気分離器が R = 25,000 の分解能を達成し、高い透過率を維持できるか。
• RQ2 48極子電界多重極子を用いて、ミラー対称HRSで3次歪みをどの程度効果的に補正できるか。
• RQ3 発散度に基づく診断と自動チューニングソフトウェア（CorrAb）が、ビーム品質と分解能をどの程度向上できるか。
• RQ4 二重極子の極子形状を再設計することで、必要な多重極子補正をどの程度低減でき、磁場均一性がどの程度向上するか。
• RQ5 高質量分解能と高透過率を達成する一方で、エネルギー分散（<1 eV）をどの程度低く保てるか。

主な発見

• DESIR HRS は、25 keV の 133Cs+ ビームに対して、2つのビーム位置の間で1.25 eV のエネルギーシフトを測定し、R = 25,000 の質量分解能を達成した。
• 25 keV の1 mmビームに対して約70%の透過率が達成され、ビーム精製の高い効率性を示した。
• ミラー対称性、多重極場、発散度に基づくチューニングの組み合わせにより、3次歪みまでが成功裏に補正された。
• 48極子多重極子により、最大5次歪みの場の精密制御が可能となり、電圧スケーリングによりエネルギー依存のチューニングが可能になった。
• シミュレーションにより、二重極子の内側極子を6.94 mの半径に再設計することで、残留ヘキサポール補正電圧を308 Vから150 Vに低減でき、安定性が向上し、高次歪みが低減することが確認された。
• CorrAbソフトウェアによる発散度パターン分析により、歪みの自動的・反復的補正が可能となり、チューニング効率が顕著に向上した。