Design of beam optics in the proton beam transport line from synchrotron to spallation neutron target

シンクロトロンから核破砕中性子ターゲットまでの陽子ビーム輸送ラインのビーム光学設計

明午 伸一郎   ; 野田 文章*; 藤森 寛*; 池田 裕二郎

Meigo, Shinichiro; Noda, Fumiaki*; Fujimori, Hiroshi*; Ikeda, Yujiro

J-PARCの核破砕中性子ターゲットには1MWの出力を持った3GeV陽子ビームが入射するが、この陽子ビーム輸送ライン(BT)において、ビーム損失はハンズオンメンテナンスを達成させるために1W/m以下にする必要がある。しかし、加速後のビームの位相空間分布が全く不明なために、シンクロトロン内に設置したコリメータのアパチャーで決定されるエミッタンス(324mrad)のビームを全て輸送可能なものとした。本研究では、加速器出射等によるビーム軌道の外乱を評価した。現状の設計に合うためには、電磁石磁場の均一性は偏向及び四極電磁石において、それぞれ5x10及び2x10よりも良くする必要があることがわかった。また、アライメントの誤差は1mm及び1mrad以下にする必要がわかった。

In J-PARC project, spallation target is irradiated by 3 GeV proton beam of 1 MW. Due to hands on maintenance for the proton beam lines, loss of proton beam is limited less than 1 W/m. Since it is difficult to predict the phase space distribution of the proton beam, we decided that the beam line have to be larger acceptance for 324 mrad, which is determined by the collimator located in the synchrotron. Distortion of proton beam is caused by the by the instability of angle at the extraction of 3-GeV synchrotron, miss alignment of the magnet, and un-uniformity of the magnet field. In this study, the distortion is calculated. In order to fit the conditions, the stability of extraction angles should be kept smaller than 0.2 mrad. As for the magnetic field, it is found that the uniformity should be kept better 5x10 and 2x10 for bending and quadruple magnets, respectively. It is also found the error of alignments should be limited smaller than 1.0 mm and 1.0 mrad.