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First step analysis of hybrid type boron-doped carbon stripper foils for RCS of J-PARC

J-PARC、RCSのためのハイブリッドボロン添加カーボン荷電変換フォイル分析のファーストステップ

山崎 良雄 ; 吉本 政弘  ; 竹田 修; 金正 倫計  ; 菅井 勲*

Yamazaki, Yoshio; Yoshimoto, Masahiro; Takeda, Osamu; Kinsho, Michikazu; Sugai, Isao*

J-PARCでは、RCSにビームを入射するためにリニアックから供給されるH$$^-$$ビームから電子をはぎ取るための比較的厚い荷電変換カーボンフォイルが必要である。必要となるフォイルの厚みは200$$mu$$g/cm$$^2$$程度で、この厚さは181MeVのH$$^-$$ビームからH$$^+$$への変換効率が99.7%に対応する。この目的のために、従来のカーボンにボロンをドープしたハイブリッドボロン添加カーボンフォイル(HBC)を開発し、フォイルの使用可能な寿命の大幅な改善ばかりでなく、長時間のイオンビーム照射中の高温度使用下でもフォイル厚さの減少や変形が起こりにくいフォイルとして確立された。そこで、われわれはこのカーボンフォイルにボロンをドープすることでなぜフォイルがビームに対し耐性を持つかを微視的観点から研究を始めた。まず、通常のカーボンフォイルとHBCフォイルを電子顕微鏡やイオンビーム分析による比較を試みた。

J-PARC requires thick carbon stripper foils to strip electrons from the H$$^-$$ beam supplied by the linac before injection into the Rapid Cycling Synchrotron (RCS). Foil thickness is about 200 $$mu$$ g/cm$$^2$$ corresponding to conversion efficiency of 99.7% from the primary H$$^-$$ beams of 181 MeV energy to H$$^+$$. For this purpose, we have successfully developed hybrid type thick boron-doped carbon (HBC) stripper foils, which showed a drastic improvement not only with respect to the lifetime, but also with respect to thickness reduction and shrinkage at high temperature during long beam irradiation. We started to study carbon stripper foils microscopically why carbon foils have considerable endurance for the beam impact by boron-doped. At first, we made a comparison between nominal carbon and HBC by the electric microscope and ion-induced analysis.

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