東京大学原子核研究所(高エネルギー加速器研究機構)の反跳核分離装置
Recoil separator at INS (KEK)


実験室 (location)

この図は高エネルギー加速器機構田無分室の短寿命核生成分離加速装置とそれを使う実験装置の配置を示しています。このページでは右上の"recoil separator"を説明します。

This figure shows the layout of the KEK-Tanashi facility dedicated to production, re-acceleration and experiment of short-lived nuclides. In the upper right room, the recoil separator was installed which this page describes.

下の方にあるサイクロトロン(K=67 Cyclotron)からの陽子ビームを標的に照射し,発生した短寿命核を"Ion source"でイオン化してます。"High resolution ISOL" で同位体分離をし60メートルのビーム輸送系("60m low energy BTL")を通って左上の"SCRFQ"へ導かれます。"SCRFQ"と"IH"は重イオン線形加速器でビームを核子あたり1 MeVまで加速できます。そのビームを使った実験装置の1つとして"recoil separator"が建設されました。

Protons from the "K=67 Cyclotron" bombard a thick target at the "Ion source". Reaction products are ionized by the ion source. They are accelerated by the voltage differece between the ion source and the "High resolution ISOL". Among many kinds of nuclides in the accelerated charged particles, one kind of nuclide is selected by the ISOL(isotope separator on-line). The beam of the selected nuclide is the conducted to the uppermost room through the low-energy beam transport line "60 m low energy BTL". The beam is then re-accelerated by two linacs (SCRFQ and IH) up to 1 MeV per nucleon and used for nuclear physics experiments with the "recoil separator".

既存の実験室に収納するというきつい条件と既存の電磁石を再利用するために反跳核分離器としての性能は将来的に向上させる余裕はありません。この装置は高エネルギー加速器機構田無分室が筑波へ移転するときに解体されました。

Because of the tight spatial and financial restriction, the performance is not satisfactory for the future upgrade. This separator was removed when Tanashi division of the KEK moved to Tsukuba.




光学的性質 (optical features)

この図は装置の構成と軌道の例を表示しています。構成はQQEDQQ(四極電磁石+四極電磁石+静電デフレクタ+双極電磁石+四極電磁石+四極電磁石)で,後半の3つの電磁石は再利用品です。この分離装置の目的は不安定核ビーム入射によって発生した特定の核種だけを選び出すことにあります。同じ核種でも発生方向やエネルギーに広がりがありますが,最終的にこの広がりをうち消して同じ位置に来るようにします。他の核種のものはスリット上で異なる位置に収束するのでスリットで排除します。エネルギーの違いによらず核種を選び出すという目的は特定の核種のエネルギーを分析するというスペクトロメータとは機能が異なります。このような分離器の目的のためには磁場だけではなく電場も必要です。

This figure shows the configuration of the separator and typical trajectories for a selected nuclide. The separator is composed of quadrupole magnet, quadrupole magnet, electric deflector, dipole magnet, quadrupole magnet and quadrupole magnet. The last three elements were borrowed from the old cyclotron facility. The separator separates particles of a specific nuclide while a ordinary spectrometer separates momentum within a specific nuclide. The selected particles converge irrespective of their initial direction and energy. Particles of other nuclides are stoped at the slits. For such function, bending power not only by a magnetic field but also by an electric field is essential.

軌道は特定の粒子の特定のエネルギーに対してだけ表示しています。これでわかるように2度収束しています。途中のスリットでは主として速度ごとに違う場所に収束させ,そのうちの一部だけを通過するようにスリット幅を設定します。図ではエネルギーを一定にして表示していますが,エネルギーの広がりがあればスリット上で速度に依存する位置にそれぞれ収束します。そのエネルギーの広がりを含めて目的の核種が通るようにスリット幅を設定します。後段の3つの電磁石では運動量の違いによって軌道半径が違いますので,途中スリットで速度ごとに位置が違ったのをうち消して最後のスリットでは同じ核種のものは同じ位置に収束させます。エネルギーの違いを途中スリット上では広げておいて後段スリットではうち消していますが,前段で速度,後段で運動量の制限をしますので全体で質量の制限をしています。(運動量が質量と速度の積であることに注意)。このような装置では質量と電荷が同じで原子番号が異なる核種(電荷は原子番号に等しいとは限らず,原子核の周りに電子が残っていればそれより少なくなります)は原理的に分離できません。それらの分離は後ろの検出器の情報によるしかありません。

Trajectories of a specific nuclide and a specific energy are shown in the figure. They converge twice. At the first slit, particles converge on velocity-dependent position, although trajectories of single energy are shown. In the dipole magnet, particles are bent with momentum-dependent radii. At the second slit, the velocity dependence and the momentum dependence cancel. By the velocity and energy restrictions at the first and second slits, particles of the selected mass can be selected. The particle with the same mass and charge but different atomic number cannot be discriminated by this separator, they have to be discriminated by the energy loss counter in the downstream.

この図はトーキンが制作した図面で装置の外形が示されています。

This is drawn by TOKIN manufacturer. You can see related parts of the separator.


報告 (publications)