Beam dynamics of a 175 MHz RFQ for IFMIF project

IFMIFプロジェクトにおける175MHzRFQのビームダイナミックス

前原 直; 森山 伸一; 三枝 幹雄*; 杉本 昌義

Maebara, Sunao; Moriyama, Shinichi; Saigusa, Mikio*; Sugimoto, Masayoshi

国際核融合材料照射施設は、D-Liストリッピング反応を用いた加速器による中性子照射施設である。要求されているビーム電流250mAは、125mAの2つの加速器ビームラインにより合成され、その入射器,RFQ,DTLの出力エネルギーは、それぞれ0.1, 5.0と40MeVである。125mAの大電流加速のために175MHzの運転周波数が採用された。大電流ビームシミュレーションの結果、全長12mのRFQがRF入射電力2.3MW CWによりエミッタンスの広がりを最小限に抑えるために設計された。このような12m長のRFQに対して、軸方向の高次モードを抑制するために、少なくとも2つの空洞結合板が必要不可欠である。ビームダイナミックスの観点からTOUTATISコードによる伝送効率の評価を行い、空洞結合板設計として、そのギャップ幅を4mm以下にすることにより伝送効率の劣化を0.5%以内に抑えることができることが判明した。

International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF) is an accelerator-based neutron irradiation facility employing the D-Li stripping reaction, to produce the neutron field similar to the D-T Fusion reactor (2 MW/m, 20 dpa/year for Fe). The required beam current of 250 mA is realized by two beam lines of 125 mA, and the output energies at injector, RFQ and DTL were designed to be 0.1, 5 and 40 MeV, respectively. The operation frequency of 175 MHz was selected to accelerate the large current of 125 mA. After an intensive beam simulation, the RFQ with a total length of 12 m was designed to keep the minimum emittance growth with the RF injection power of 2.3 MW CW. For such a 12 m-long RFQ, two coupling plates are indispensable in order to suppress higher modes in a longitudinal direction at least. From beam dynamics point views, the transmission co-efficient has been evaluated by TOUTATIS code, and it is found that the transmission decay within 0.5% can be achieved by employing a gap width of less than 4 mm for a coupling plate design.