9 Z 4, pp. 985∼991
In-flight 0 n É ù p § T Ó Þ X ¢ U ê s V R Ë Ò Þ üÌ ¦ R} ºÄ k È t V R ËX ê sV W ë s; c å ¾ Ë X ¢ ì Å
*
×
< ø ¶ B x · » ç ¡ ~ x · T , Û o ¸
×
æ © @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , " fÖ ¦ 157-756
(2010¸ 6 Z 4 1{ 9 ~ Ã Î6 £ §, 2010¸ 7 Z 4 8{ 9 Ã º& ñ : r ~ Ã Î6 £ §, 2010¸ 9 Z 4 14{ 9 > F S X & ñ )
~
½ Ó $ í 1 l x 0 A" é ¶ è c Ò q t$ í © u H × æ s : r 5 Å q l r [ O _ × æd © u _ s . þ j H ~ ½ Ó $ í 1 l x 0 A" é ¶
è c _ s 6 x É r ª ô Ç ì r \ ; ¤V , > 6 x ÷ & ¦ e Ü ¼ 9 6 x \ _ K ª ô Ç c s כ ¹½ ¨ ) a . l > r _ { 9
Ù þ Wì ø Í6 £ x (projectile fragmentation) Õ ªo ¦ Ä º ³ o u c ` ¦ s 6 x ô Ç Ù þ ì r\ P ì ø Í6 £ x (abrasion-fission fragment) \ _ K × æ$ í × ¼w n (neutron drip line) H ~ ½ Ó_ 1 l x 0 A" é ¶ è c _ 6 x s 0 p x K & . : r
½ ¨ H þ j H ² D G ? /\ " f 7 H _ ÷ & ¦ e H Ä º ³ o u c 200 MeV/u, 100 kW/ å L × æ s : r 5 Å q l \ ¦ ¦ 9 # s
r [ O \ & h ½ + Ëô Ç ~ ½ Ó $ í 1 l x 0 A" é ¶ è Ò q t$ í © u \ ¦ 100 mrad, ≥10 % _ / B N ç ß x 9 î r1 l x | ¾ Ó Ã º6 xÒ ¦ _ ª Ü ¼
Ð & ñ % i ¦, s M : { 9 Ù þ Wì ø Í6 £ x Õ ªo ¦ Ä º ³ o u Ù þ ì r\ P ì ø Í6 £ x \ @ /K " f Ò q t$ í 0 p x ô Ç ¸ H ~ ½ Ó
$ í
1 l x 0 A" é ¶ è_ Ò q t$ í Ò ¦` ¦ > í ß % i .
Ù þ
d # Q: ~ ½ Ó $ í 1 l x 0 A" é ¶ è c , | 9 | ¾ Ó ì r$ 3 l , { 9 Wì ø Í6 £ x, Ä º ³ o u Ù þ ì r\ P ì ø Í6 £ x
Study of the Specifications for a In-flight Mass Separator for a Radioactive Isotope Beam
Chong Cheoul Yun ∗ · Jang Youl kim · Chun Sik Lee †
Department of Physics, Chung-Ang University, Seoul 156-756 (Received 1 June, 2010 : revised 8 July, 2010 : accepted 14 September, 2010)
A mass separator for a radioactive isotope beam (RI-beam) is a major component for next- generation heavy-ion accelerator facilities. A variety of RI-beams with high intensity and high purity are required by field users. Abrasion-fission fragments with 200 MeV/u U beams allow radioactive isotopes to be available near the neutron drip line, and these RI-beams have large angular and momentum distributions. RI-beam mass separators with 100-mrad angular and ≥10
% momentum acceptance are required. We estimated the production rate of all possible radioactive isotope beams from projectile fragmentation and abrasion-fission fragments.
PACS numbers: 25.85.Ge, 28.60.+s, 29.25.Rm, 29.27.Fh, 29.30.-h
Keywords: Radioactive isotope beam, Mass separator, Projectile fragmentation, Abrasion fission
I. " e  ] Ø
Ù þ
Ó ü t o < Æ_ ½ ¨ H E. O. Lawrence _ s 9 þ t Ðà Ô : r
∗
[email protected]
†
[email protected]
µ
1 Ï" î s Ê ê D h Ðî r 5 Å q l > hµ 1 Ï Ð 5 Å q { 9 _ \ -t 7 £ x
\ q & h Ü ¼ Ð µ 1 Ï % i . ¢ ¸ô Ç þ j H í ¸
$ 3 , í ¸ RF / B N" î ^ , î ß & ñ ) a ¦ · ú µ 1 ÏÒ q t 1 p x D h Ðî r l
Õ ü t s 5 Å q l ] j \ s 6 x ÷ & " f q 6 x y è x 9 è+ þ A o
0 p x > ÷ &% 3 .
-985-
5 Å q l \ ¦ s 6 x ô Ç ½ ¨ H Ù þ Ó ü t o , Ä ºÅ Ò o õ & ñ _ ½ ©
"
î ` ¦ 0 Aô Ç l íõ < Æ ÷ r ë ß m é ß x 9 u « Ñ 1 p x Ò q t _
< Æ ì r Õ ªo ¦ èF > hµ 1 Ïõ ° ú É r Ó ü t| 9 ½ ¨ 1 p x \ ¸ s
6 x ÷ & ¦ e .
s
] j t 5 Å q l Ð 5 Å q ÷ & H " é ¶ Ù þ É r @ /Â Òì r î ß & ñ ) a
"
é
¶ Ð ] jô Ç÷ &# Q M ® o . s Qô Ç c ` ¦ s 6 x ô Ç ½ ¨ H î ß & ñ
)
a " é ¶ Ù þ < Ê É r s " é ¶ Ù þ Ü ¼ ÐÂ Ò' Y O t · ú § É r " é ¶ Ù þ _
½ ¨\ ô Ç& ñ ÷ &% 3 . t F K t · ú 94 R e H î ß & ñ Ù þ É r 270 # > h > r F H ì ø Í , Ô ¦ î ß & ñ Ù þ É r 0 A& h ¢ ¸ H
&
h Ü ¼ Ð µ 1 Ï| ) a כ s 2700 > h s © s ¦, p S X Ù þ 7 á x É r 6000 ∼ 7000 # > h > r F ½ + É כ s ¦ \ V © ÷ & ¦ e [1].
Ô
¦ î ß & ñ Ù þ ` ¦ c Ü ¼ Ð 6 x H ~ ½ ÓZ O s > hµ 1 Ï÷ & " f Ù þ Ó ü t o
< Æ_ ½ ¨@ / © É r î ß & ñ Ù þ 7 á x Ü ¼ ÐÂ Ò' Y O o b # Q Ô ¦ î ß
&
ñ Ù þ 7 á x Ü ¼ Ð ` l r % i . s Qô Ç Ô ¦ î ß & ñ " é ¶ Ù þ
É
r î ß & ñ Ù þ õ ¸ © { © y É r ? /Â Ò½ ¨ ¸\ ¦ ¦ e H z
´[ þ t s t F K t _ z ´+ « > ½ ¨\ ¦ : x K S X ÷ &% 3 ¦ [2] ¢ ¸ ô
Ç Z > _ oõ & ñ ½ ©" î \ e # Q s Qô Ç Ô ¦ î ß & ñ " é ¶ Ù þ s
×
æ כ ¹ô Ç % i ½ + É` ¦ H כ Ü ¼ Ð · ú 94 R e .
~
½ Ó $ í 1 l x" é ¶ " é ¶ è c _ Ò q t$ í É r ¿ º t ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð Ð ü t Ã
º e . 5 Å q ) a Á º î r | 9 | ¾ ÓÃ º_ c ` ¦ ! 9î r | 9 | ¾ ÓÃ º _
¿ \ { 9 # 1 c s ¥ ¸> ht 9 µ 1 ÏÒ q t÷ & H { 9 Ù þ
Wì ø Í6 £ x õ ª $ í , × æ Ã º è ¢ ¸ H × æ$ í ü < ° ú É r ! 9 î
r | 9 | ¾ ÓÃ º_ c ` ¦ ) í Û ¼J $ Ä º ³ o u õ ° ú É r Á º î r | 9 | ¾ ÓÃ º _
¿ \ { 9 # Ù þ ì ø Í6 £ x Ü ¼ Ð µ 1 ÏÒ q t H ª ô Ç 1 l x 0 A
"
é
¶ è\ ¦ l ^ oô Ç Ê ê | 9 5 Å q # 5 Å q H ISOL (Isotope Separator On-line) ~ ½ ÓZ O s e .
: r 7 Hë H É r ' Í P : ~ ½ ÓZ O \ ô Ç # ' aº ) a 1 l x 0 A" é ¶ è Ò q t í
ß Ò ¦, 1 l x 0 A" é ¶ è ì r o ~ ½ ÓZ O \ @ /K ' ½ ¨ [3]\ ¦ Ð@ / Ð
# þ j H ² D G ? /\ " f ¸ Ö ¸ µ 1 Ïy 7 H _ ÷ & ¦ e H × æ s : r 5
Å
q l ª õ ' aº ) a ½ ¨ õ [ þ t s . : r 7 Hë H \ ¦ 9 ) a Å
Òכ ¹ ¸| É r × æ s : r 5 Å q l ª $ í ÐÂ Ò' Ä º ³ o u t
¸ H î ß & ñ Ù þ 7 á x _ 5 Å q Õ ªo ¦ 1 c Ü ¼ Ð 6 x 0 p x ¦ Ä
º ³ o u _ â Ä º c \ -t H 200 MeV/u, þ j@ / c À Ó H 1000 pnA Ð & ñ % i .
s
Qô Ç 1 c Ü ¼ ÐÂ Ò' { 9 Ù þ Wì ø Í6 £ x` ¦ : x K 1 l x 0 A
"
é
¶ è c ` ¦ Ò q t$ í Õ ªo ¦ ì r o l 0 AK " f H | 9 | ¾ Óì r$ 3 © u
9 Ã ºs 9 þ j H p ² D G õ { 9 : r _ ~ ½ Ó $ í 1 l x 0 A" é ¶ è Ò q t
$ í
© u ü < q § # ² D G ? / 5 Å q l r [ O \ s 6 x| ¨ c â Ä º 9 Ã
º ª î r1 l x | ¾ Ó Ã º6 xÒ ¦ (momentum acceptance) õ / B N ç
ß Ã º6 xÒ ¦ (angular acceptance)\ ¦ & ñ % i . ¢ ¸ô Ç
&
ñ ) a î r1 l x | ¾ Ó x 9 / B N ç ß Ã º6 xÒ ¦ \ " f_ ~ ½ Ó $ í 1 l x 0 A" é ¶ è\ ¦ INTENSITY [4] ü < LISE++ [5, 6] á Ô ÐÕ ªÏ þ ` ¦ 6 x #
¸ H Ò q t$ í 0 p x ô Ç ~ ½ Ó $ í 1 l x 0 A" é ¶ è\ @ /K Ò q t$ í Ò ¦ _ > í
ß ` ¦ % i .
Fig. 1. Conceptual process of Isotopes separation(upper) and Tandem type mass separator(lower).
II. U ê s V R Ë Ò Þ üÌ ¦ R} º Ä k È t V R ËX ê sV
~
½ Ó $ í 1 l x 0 A" é ¶ è c Ò q t$ í © u H 2 c ` ¦ s 6 x H Ù þ õ < Æ ½ ¨ x 9 s 6 x _ Ù þ d r [ O s . ~ ½ Ó $ í 1 l x 0 A" é ¶ è c _
Ò q t$ í õ ì r o _ l : r" é ¶ o H Fig. 1( © )õ ° ú s ¿ \
"
f Ò q t$ í ) a 1 l x 0 A" é ¶ è c ` ¦ $ ¼ # F G $ 3 ` ¦ 6 x # î
r1 l x | ¾ Ó(∼ A/Z)Ü ¼ Ð ì r o ô Ç Ê ê ì r í ß + þ A í& h (dispersive focus point) \ 0 Au ô Ç _ þ ta Å @` ¦ 6 x # Ô ¦ 9 כ ¹ô Ç c ` ¦ þ j
@
/ô Ç ] j ô Ç . î r1 l x | ¾ Ó ì r$ 3 Ü ¼ Ð ì r o t 3 l w ô Ç ~ ½ Ó $ í 1
l
x 0 A" é ¶ è H 2 é ß > \ " f wl ¸ ª \ -t y Wó ø Í (wedged energy degrader) \ " f_ \ -t < Hz ´` ¦ s 6 x # ì r o (Z
2ì r o ) [7]Ê ê ¿ º P : ¼ # F G $ 3 Ü ¼ Ð 9 כ ¹ô Ç 1 l x 0 A" é ¶
èë ß ` ¦ × þ # c Ü ¼ Ð 6 x > ) a .
s
Qô Ç { 9 Ù þ Wì ø Í6 £ x s ~ ½ Ó $ í 1 l x 0 A" é ¶ è c _ Å Ò Ò q
t$ í ~ ½ ÓZ O s % 3 ¦ p ² D G NSCL _ A1900 [8], { 9 : r RIKEN _
RIPS [9] 1 p x s © l ç ß î r6 x ) a @ /³ ð& h \ Vs . Õ ª Q
~ ½ Ó $ í 1 l x 0 A" é ¶ è c _ [ jl ü < í H ¸\ ' a K # y
´ ú
§ É r ë H ] j e # Q ª ô Ç ½ ¨ ' ÷ & ¦ e .
þ
j H [ j@ / ~ ½ Ó $ í 1 l x 0 A" é ¶ è c Ò q t$ í © u × æ RIKEN _ BigRIPS [10] 1 l x ÷ &# Q s 6 x ½ ¨ Ö ¸ µ 1 Ïy
' ÷ & ¦ e . s © u H ~ ½ Ó $ í 1 l x 0 A" é ¶ è c ` ¦ { 9 Ù þ
Wì ø Í6 £ x ÷ r ë ß m Ä º ³ o u Ù þ ì r\ P ì ø Í6 £ x` ¦ 6 x < ÊÜ ¼ Ð +
Ð × æ$ í × ¼w n \ H] X H ~ ½ Ó $ í 1 l x 0 A" é ¶ è
Ò q t$ í ÷ & ¦ s H ~ ½ Ó_ D h Ðî r 1 l x 0 A" é ¶ è_ µ 1 Ï| ¸ 0 p x K
& . þ j H
125,126Pd D h Ðî r 1 l x 0 A" é ¶ è\ ¦ d Z > Ù þ ¡ H z
´+ « >& h õ Ð ¦ ÷ &% 3 [11].
~
½ Ó $ í 1 l x 0 A" é ¶ è c Ü ¼ Ð 6 x H Ù þ 7 á x _ # 3 0 A V ,
#
Qt \ -t y Wó ø Í` ¦ s 6 x ô Ç ì r o ë ß Ü ¼ : r " é ¶ H 1 l x 0
A" é ¶ è_ ì r o x 9 × þ s # Q§ > . Õ ª K ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð | 9 | ¾ Ó ì
r$ 3 l \ ¦ ¿ º é ß > Ð ¾ º H ò ø Í r+ þ A ì r$ 3 l (tandem type separator) _ ½ ¨ ¸\ ¦ G × þ > ÷ &% 3 . 1é ß > | 9 | ¾ Ó ì r$ 3 l
\ " f H Å Ò Ð ~ ½ Ó $ í 1 l x 0 A" é ¶ è Ò q t$ í õ 0 p x ô Ç Ô ¦ 9 כ ¹ ô
Ç 1 l x 0 A" é ¶ è[ þ t` ¦ ] j ¦, 2 é ß > \ " f H ] j ÷ &t 3 l w ô Ç 1
l
x 0 A" é ¶ è[ þ t` ¦ d Z > (Particle Identification, PID) > ) a
.
Figure 1(b) \ Õ ª > h¥ Æ ¸\ ¦ ? /% 3 ¦, Table 1\ RIKEN BigRIPS _ ª ` ¦ ? /% 3 . BigRIPS H ò ø Í
r+ þ A_ ½ ¨ ¸\ ¦ t 9 8 ú x U ´s H 77 m(F0 ∼ F7), þ j@ /
l y © $ í (maximum magnetic rigidity) É r 9 Tm, / B N ç ß Ã º 6
xÒ ¦ É r à º¨ î x 9 à ºf ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð y y 80 mrad, 100 mrads
¦ î r1 l x | ¾ Ó Ã º6 xÒ ¦ É r 6 % s . ¼ # F G $ 3 6@ /\ ¦ ] jü @ô Ç
Qt 4F G $ 3 É r í ¸ $ 3 Ü ¼ Ð ½ ¨$ í ÷ &# Qe [12].
p
r ç ß Å Òw n @ /\ " f @ / À Ó c ` ¦ 6 x # ~ ½ Ó $ í 1 l x 0
A" é ¶ è c ` ¦ Ò q t$ í H FRIB > S \ s ' ÷ & ¦ e . { 9 : r RIKEN _ s 9 þ t Ðà Ô : r` ¦ l ì ø ÍÜ ¼ Ð ô Ç r [ O õ ² ú o í
¸ + þ A5 Å q l \ ¦ 1 c 5 Å q l Ð 6 x 9 5 Å q 0 p x ô
Ç 1 c \ -t H Ä º ³ o u \ " f 200 MeV/u, c 0 > H
400 kWs . Ð Z } É r c \ @ /6 £ x H | 9 | ¾ Óì r$ 3 c
[ O > כ ¹½ ¨÷ &# Q é ß c ì r o © u Æ Ò ) a [ O >
\
¦ ] jr ¦ e [13].
III. U ê s V R Ë Ò Þ üÌ ¦ R} º Ä k È8 ý W ë sV R ËÊ Ý : gM
~
½ Ó $ í 1 l x 0 A" é ¶ è c Ò q t$ í ` ¦ 0 Aô Ç | 9 | ¾ Ó ì r$ 3 l _ / B N ç ß õ
î r1 l x | ¾ Ó Ã º6 xÒ ¦ É r { 9 Ù þ Wì ø Í6 £ x õ Ä º ³ o u Ù þ ì r\ P ì
ø Í6 £ x _ î r1 l x < Æ& h > í ß \ _ K & ñ ) a .
Figure 2 \ { 9 Ù þ Wì ø Í6 £ x õ Ä º ³ o u Ù þ ì r\ P ì ø Í6 £ x Ü ¼ Ð Â
Ò' ë ß [ þ t # Q ~ ½ Ó $ í s : rc _ ¿ © \ " f_ / B N ç ß õ î
r1 l x | ¾ Ó ì r í\ ¦ q § # ? /% 3 . { 9 Ù þ Wì ø Í6 £ x É r
124
Xec Ü ¼ ÐÂ Ò'
110Sn` ¦ Ä º ³ o u Ù þ ì r\ P ì ø Í6 £ x É r
132Sn Ò q t
$ í
` ¦ \ V Ð / B N ç ß ì r íü < î r1 l x | ¾ Óì r í\ ¦ \ -t o\
q § % i . ³ ð\ ] jr ô Ç BigRIPS_ / B N ç ß x 9 î r1 l x | ¾ Ó Ã
º6 xÒ ¦ Ð & ñ ) a s Ä » ¸ Õ ªa Ë >` ¦ : x K " î Ñ þ y · ú Ã º e .
² D
G ? /\ " f 7 H _ ÷ & ¦ e H × æ s : r 5 Å q l r [ O \ " f_ ~ ½ Ó
$ í 1 l x 0 A" é ¶ è c Ò q t$ í ` ¦ 0 Aô Ç | 9 | ¾ Ó ì r$ 3 l _ ª É r Table 1 \ & ñ o % i .
1 c ` ¦ 400 MeV/u` ¦ s 6 x H BigRIPS ü < q § Ù þ ¡
`
¦ M : H s H / B N ç ß x 9 î r1 l x | ¾ Ó Ã º6 xÒ ¦ É r y y 100 mrad ü < 10 % s © 9 כ ¹ . p & ñ ½ Ó[ þ t É r F g < Æ> í ß
Fig. 2. Momentum and angular distribution from Abrasion-fission and Projectile fragmentation at variable primary beam energy.
Fig. 3. Production rate of variable isotopes from Abrasion-fission and Projectile fragmentation at variable primary beam energy.
(optics calculation) \ _ ô Ç ² ú ' § > =(transfer matrix)s
& ñ ÷ &# Q H ½ Ó[ þ t s l M :ë H \ ½ ¨^ & h s ¦ & ñ x 9 ô
Ç [ O > 9 כ ¹ . p & ñ ½ Ó[ þ t É r ~ ½ Ó $ í 1 l x 0 A" é ¶ è _
| 9 | ¾ Óì r$ 3 l \ " f_ ì r o ü < í H ¸\ ¦ & ñ H ª [ þ t s
Table 1. Basic specifications of BigRIPS [10,12]and RI-Beam Mass separator of heavy-ion accelerator project in Korea.
Primary Beam Energy ∼400 Mev/u ∼200 MeV/u
Configuration Tandem separation Tandem separation
1st Stage Two Bend Two Bend
2nd Stage Four Bend Not yet decided
Energy Degrader Achromatic Wedge Achromatic Wedge
Quadrupoles Superconducting Superconducting
Angular Acceptance (mrad)
Horizontal 80 ≥ 80
Vertical 100 ≥ 100
Momentum Acceptance (%) 6 ≥ 10
Maximum Magnetic Rigidity (T m) 9 ∼ 7
Total Length (m) 77 Not yet decided
Momentum Dispersion (cm/%)
1st Stage -2.31 Not yet Decided
2nd Stage 3.3 Not yet Decided
Momentum Resolution
1st Stage 1290 Not yet Decided
2nd Stage 3300 Not yet Decided
l
M :ë H \ s Ê ê_ Ò q t$ í Ò ¦ > í ß \ H Á º ' a .
~
½ Ó $ í 1 l x 0 A" é ¶ è Ò q t$ í \ @ /K 1 c \ -t \ @ /ô Ç _
> r$ í ` ¦ ¸ % i . Fig. 3 \ ª ô Ç 1 c \ -t \
É r ~ ½ Ó $ í 1 l x 0 A" é ¶ è Ò q t$ í ` ¦ { 9 Ù þ Wì ø Í6 £ x õ Ä º
³ o
u Ù þ ì r\ P ì ø Í6 £ x \ " f_ Ò q t$ í Ò ¦` ¦ q § # Õ ª õ \ ¦
? /% 3 . Õ ªa Ë >\ " f ^ ¦ Ã º e 1 p w s Ò q t$ í ÷ & H ~ ½ Ó $ í 1 l x 0 A
"
é
¶ è_ | 9 | ¾ Óà ºü < Á º ' a > 1 c s 200 MeV/us © s
Ò q t$ í Ò ¦ É r c \ -t \ ß ¼> _ > r t · ú § H .
~
½ Ó $ í 1 l x 0 A" é ¶ è c _ ª $ í õ [ jl \ @ /K
110Sn õ
132
SnÒ q t$ í ` ¦ \ V Ð Ò q t$ í Ò ¦ _ > í ß ` ¦ Ã º' # õ \ ¦ Fig.
4 ü < Fig. 5 \ ? /% 3 . þ j H ~ ½ Ó $ í 1 l x 0 A" é ¶ è c
132