Achievement of very low jitter extraction of high power proton beams in the J-PARC RCS

J-PARC RCSにおける大強度陽子ビームの超低ジッター取り出しの達成

田村 文彦   ; 吉井 正人*; Schnase, A.; 大森 千広*; 山本 昌亘   ; 野村 昌弘  ; 戸田 信*; 島田 太平 ; 原 圭吾*; 長谷川 豪志*

Tamura, Fumihiko; Yoshii, Masahito*; Schnase, A.; Omori, Chihiro*; Yamamoto, Masanobu; Nomura, Masahiro; Toda, Makoto*; Shimada, Taihei; Hara, Keigo*; Hasegawa, Katsushi*

J-PARC 3GeV RCSは大強度陽子ビームをMLF及びMRに供給している。RCSの繰り返しは25Hz、J-PARC全体の繰り返し周期は3.2秒であり、これはRCSサイクル80回に相当する。このうち4発のビームパルスはMRに送られ、残りはMLFに供給される。MR入射はbucket-to-bucket入射方式をとっており、RCSからのビームは適切なRFバケットの中心に入射されなければならない。MLFの場合、ビームはフェルミチョッパーに同期しなければならないが、ジッターは100ns程度しか許されない。このようにRCSのビームは低ジッターでなければならない。このようなビーム取り出しを実現するために、J-PARCではACライン非同期での動作を行っている。また、MA空胴とデジタルLLRFシステムも採用され、再現性の非常に高いRF加速電圧波形を実現している。大強度の場合にはビーム位相フィードバックを動作させないといけないが、位相フィードバックは、ビームタイミングのジッターの原因になる。このため、位相フィードバックにゲインパターンをかけることで、位相フィードバックの取り出しタイミングへの影響を排除した。結果、300kWという大強度ビームの取り出しジッターを1.7nsに抑えることに成功した。

The RCS of J-PARC delivers high intensity proton beams to the MLF and MR. The operation period of the J-PARC is 3.2 s. Four beam pulses are for the MR and the other pulses are led into the MLF. Since a bucket-to-bucket injection scheme is used for the MR, the beam from the RCS must be injected with a precise phase to rf bucket of the MR. In case of the MLF, the beam has to be synchronized to the Fermi chopper, which has a tolerance of only a few 100 ns. To realize the stable beam timing, we employ the timing system, not synchronized to the AC power line. Also the magnetic-alloy cavities and the digital low-level RF control system are the keys. For acceleration of a high power beam, the phase feedback loop is necessary. The phase loop is a cause of the jitter of the beam extraction timing. We apply a gain pattern of the phase loop to avoid the influence on the beam phase at the extraction. We have achieved a very low jitter extraction of a high power beam within 1.7 ns.