Challenges facing the generation of MW proton beams using rapid cycling synchrotrons

速い繰り返しのシンクロトロンを用いたメガワット陽子ビーム生成への挑戦

入江 吉郎

Irie, Yoshiro

速い繰り返しのシンクロトロン(RCS)を用いたメガワット陽子源は多くの挑戦的な側面を持つ。例えば、(1)低エネルギー入射及びこれに伴う大振幅で速い変化の磁場による大口径電磁石と非常に高い高周波電圧,(2)多少飽和した電磁石ファミリー間のトラッキング,(3)基本波及び高調波空洞を用いた高周波捕獲,(4)負水素イオン荷電変換フォイル,(5)大きいアクセプタンスの入射及び取出し直線部,(6)損失ビームの捕集,(7)ビーム不安定性等。以上の項目について、現在日本で建設中のJ-PARC 3GeV RCSをベースとして議論する。(3)から(7)までの項目は、他の方法によるメガワット中性子源、すなわち全エネルギーリニアック+蓄積リングと共通である。そこで、米国で建設中のSNSと比較して議論する。これらマシンの信頼性、または運転の効率というものは非常に重要なテーマで、実際上このマシンが成功か否かを決定するものである。既存マシンにおける経験をもとに、どのようなことが必要かについて議論する。

The MW proton source using rapid cycling synchrotron (RCS) has many challenging aspects, such as (1) large aperture magnets and much higher RF voltages per turn due to a low energy injection and a large and rapid swing of the magnetic field, (2) field tracking between many magnet-families under slightly saturated conditions, (3) RF trapping with fundamental and higher harmonic cavities, (4) H- charge stripping foil, (5) large acceptance injection and extraction straights, (6) beam loss collection, and (7) beam instabilities. These are discussed in details mainly on the basis of the J-PARC 3GeV RCS, which is under construction in Japan. Issues (3) to (7) are common with another scheme of MW spallation neutron source, i.e. full-energy linac + accumulator ring. Comparisons with the SNS design in the US are then made. Reliability/availability of these machines is very important theme which finally determines the successful operations. From the experiences in the existing machines, we will discuss the factors necessary toward the better performance.