Derivation of simple evaluation method for thermal shock damage on accelerator materials caused by out-of-control beam pulses and its application to J-PARC

制御を外れたビームパルスによる加速器への熱衝撃損傷の簡易評価方法の導出とJ-PARCへの適用

武井 早憲   ; 小林 仁*

Takei, Hayanori; Kobayashi, Hitoshi*

大強度陽子加速器施設において、ビームパルスを制御する電磁石が故障すると、制御を外れたパルスが加速器に入射され、熱衝撃損傷を生じることがある。J-PARCのような大強度施設において、このような損傷を防ぐために機器保護システム(MPS)を適正に設計することが重要である。本論文において、MPSが動作を開始する前にビーム入射が許容される時間を、材料における熱応力と降伏点の関係に着目して簡易に評価する方法を導出した。導出した評価方法をJ-PARCに適用したところ、J-PARCの各コンポーネントに対して入射許容時間は1.5330sとなった。

In high-intensity proton accelerator facilities, a failure of an electromagnet that steers beam pulses may result in thermal shock damage on the accelerator component by injecting an out-of-control pulse. It is important that a Machine Protection System (MPS) is appropriately designed to prevent this damage in the facilities such as Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). In this study, the simple evaluation method for the allowable injection time before the operation of the MPS was derived from the relation between the thermal stress and the yield stress of materials.The derived evaluation method was then applied to J-PARC. The allowable injection time for each component ranged from 0.1 to 70 s.