Thickness measurements of the stripper foils in the J-PARC 3-GeV RCS

J-PARC 3GeV RCSで用いる荷電変換フォイルの膜厚測定

吉本 政弘  ; 山崎 良雄; Saha, P. K.   ; 金正 倫計  ; 山本 春也; 川口 和弘*; 菅井 勲*; 入江 吉郎*

Yoshimoto, Masahiro; Yamazaki, Yoshio; Saha, P. K.; Kinsho, Michikazu; Yamamoto, Shunya; Kawaguchi, Kazuhiro*; Sugai, Isao*; Irie, Yoshiro*

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)に代表される大強度陽子加速器において、荷電変換多重入射に用いる荷電変換フィルは大変重要な役割を持つ。荷電変換フォイルの膜厚を最適化するために、荷電変換効率の測定を行った。RCSには3枚の荷電変換フォイルを設置しており、3枚の組合せを変えることで、入射されてきたHビームだけでなく、変換し損ねたHやHビームをそれぞれ分離して計測できる。ただし、荷電変換効率を同定するためには、荷電変換フォイルの膜厚を精度よく計測することが重要である。そのため、さまざまな方法を用いて膜厚測定を実施した。最も単純な方法は秤量で、重さを面積で割ることで平均的な膜厚を求めることができる。さらに精度の良い方法として、線の透過率による測定やラザフォード後方散乱(RBS)を利用した測定を行った。さらに走査電子顕微鏡(SEM)により直接断面の幅の計測から膜厚評価も行った。これらの結果を用いて、RCSでの荷電変換効率を算出し、荷電変換フォイルの膜厚を最適化した。この成果により、ビーム入射時のロスが低減され、加速器の安定性が向上した。

A stripper foil plays an important role for charge-exchange multi-turn injection in high intensity accelerators like the RCS of J-PARC. In order to optimize the foil thickness, the stripping efficiency is obtained by using beam for various thicknesses of the foils. The RCS has three stripper foils. By using a proper combination of three foils, the total H beam, the H and the H beam can be measured separately. As for determining an accurate stripping efficiency, it is very important to know an actual foil thickness. For that purpose, we employed several other methods to measure the foil thickness. The simplest method is the weighing of the foil. Further more accurate methods with the particle thickness gauge or the RBS are also adopted. In addition, the cross section of the foil is observed and the thickness is measured directly with the SEM. Through such direct measurements of the foil thickness, an accurate stripping efficiency of the RCS stripper foil can be established.