J-PARC MR遅い取り出しにおける運動量ロスとその対策

Momentum loss during slow extraction in the J-PARC MR and its countermeasures

田村 文彦   ; 山本 昌亘   ; 大森 千広*; 吉井 正人*; Schnase, A.*; 野村 昌弘  ; 冨澤 正人*

Tamura, Fumihiko; Yamamoto, Masanobu; Omori, Chihiro*; Yoshii, Masahito*; Schnase, A.*; Nomura, Masahiro; Tomizawa, Masahito*

J-PARC MRでの遅い取り出しにおいては、陽子ビームをデバンチさせるためにRF電圧をオフにする必要がある。ビームが十分にデバンチするまでの間、空胴のインピーダンスにより、加速ギャップにウェーク電圧が発生し、ビームは運動量を失う。J-PARC MRでは比較的低いビームパワーでも 有意な運動量ロスを観測している。運動量のロスが大きくなると、クロマティシティの効果によりチューンの広がりが大きくなり、取り出し効率を下げる原因となることが判明している。高い取り出し効率を保ちつつビームパワーを上げるためには、デバンチ過程での運動量ロスの低減が必須である。本発表では、運動量ロスの実際について報告するとともに、その対策について報告する。RFフィードフォワード法を用いたビームローディング補償により、20kWのビームパワーにおいても運動量ロスを大幅に低減させることに成功し、99.5%の高い取り出し効率を達成した。

For the slow extraction in the J-PARC MR, the rf voltage ins the cavities is turned off after finishing the acceleration to obtain a coasting beam. During the debunching process, the average momentum decrease due to the longitudinal coupling impedances in the MR. The decelatation continues until a well debunchedbeam is foarmed. The deceraration causes a reduction of the extraction efficiency due to the chromatic effects. In the J-PARC MR, a momentum loss has been observed at a relatively low beam power. To achieve higher beam power with keeping the high extraction efficiency, measures against the momentum loss are necessary. In this article, we report the observations and simulation results of the momentum losses. We adopt the rf feedforward method to cancel the wake voltage in the cavity as a measure of the momentum loss. By the feedforward, the momentum loss is significantly reduced. We achieve a high extraction efficiency, 99.5%, at the beam power of 20 kW.