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Magnetic field measurements, 3D field calculation and heat measurements of a prototype thick septum magnet for 3 GeV rapid cycling synchrotron of J-PARC

J-PARC 3GeV RCSのためのプロトタイプセプタム電磁石の発熱測定,3D磁場計算と磁場測定

渡辺 真朗 ; 入江 吉郎; 神谷 潤一郎  ; 島田 太平 ; 高柳 智弘  ; 鈴木 寛光; 渡辺 泰広 ; 川久保 忠通*

Watanabe, Masao; Irie, Yoshiro; Kamiya, Junichiro; Shimada, Taihei; Takayanagi, Tomohiro; Suzuki, Hiromitsu; Watanabe, Yasuhiro; Kawakubo, Toshimichi*

セプタム電磁石は一般的に薄いセプタム厚構造と同時に漏れ磁場を極力小さくしなければならない。J-PARC 3GeV陽子シンクロトロンの入出射システム用に用いられるセプタム電磁石は、ロスの少ないhigh intensityのビームが通るための大きなaperture, high radiationに対する保護,high activation後のメンテナンスを避けるための高い耐久性、が要求される。プロトタイプセプタム電磁石の製作をした。ホールデバイスを用いて磁場測定を行い、その結果を3次元静磁場計算コードTOSCAの計算結果と比較をした。ギャップ内の磁場は測定とシンプルモデルによる計算がよく一致した。一方で漏れ磁場は計算結果よりも測定結果の値が大きかった。より詳細なモデルにより、リターンヨークを固定するボルト穴がヨークの実効的な断面積を小さくし、その結果透磁率が小さくなり漏れ磁場が大きくなっていることが判明した。リターンヨークの厚みが十分でないので、磁束密度は容易に飽和に近い領域で励磁されてしまう。さらに、われわれは電磁石の発熱測定とコイルの冷却効率について議論する。

Septum magnets used in the injection and extraction section of the 3 GeV rapid cycling synchrotron of the J-PARC require large aperture for low-loss operations of high intensity beam, protection against the high radiation and the high durability to avoid the maintenance after the high activation. A prototype septum magnet was constructed. Magnetic fields in the gap of the core and leakage field outside of the magnetic shield were measured by a Hall device probe. The experimental results were compared with the 3D calculation by TOSCA. The leakage field of the measurements is larger than the one of the model. After we made a more detailed model, it cleared that many bolt holes which fasten a return yoke narrow the effective sectional area and thus reduce the permeability at the return yoke, making the leakage field larger. Because the thickness of the return yoke is not sufficient, magnetic flux density approaches saturation easily. Moreover, we discuss about the results of heat measurements of the magnet and efficiency of water cooling.

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