J-PARC LINAC 3MeVビームスクレーパの開発

Development of a 3 MeV beam scraper for the J-PARC linac

杉村 高志*; 平野 耕一郎  ; 南茂 今朝雄*; 栗原 俊一*

Sugimura, Takashi*; Hirano, Koichiro; Nammo, Kesao*; Kurihara, Toshikazu*

J-PARCでは利用運転のビーム強度の増強に取り組んでおり、LINACでは400MeV, 50mAへのビーム増強の実施を計画している。なかでも、電流の増強については、イオン源, RFQの換装の準備を進めており、まさにビームの最初の部分から増強することになる。本報告のビームスクレーパーはRFQの下流に設置するもので、そこよりさらに下流にあるDTL以降の加速器において加速すべきではないビームをストップさせるのに十分な性能を持たなくてはならない。現状では炭素複合材を用いたスクレーパーが設置されており、ビーム利用運転のために稼働中であるが、現在の20mA程度のビーム電流ですら、既に表面の損耗が観察されており、50mAのビーム電流での運転時に耐えられるスクレーパーの開発が必要である。このため、スクレーパー材料に関し、材料の検討を行うと共に、シミュレーションコードANSYSを用いた伝熱シミュレーションを実施している。今回は、ビームスクレーパーの熱伝導解析について報告する。

By introducing a new ion source and a new RFQ, beam current will increase from 20 mA to 50 mA. According to an increase of the beam current, wasted beam that should not be accelerated in the following accelerator sections also increase. To stop wasted beam, there is a beam scraper in the MEBT region just after the RFQ at the beam energy of 3 MeV. An existing beam scraper is made of carbon composite material and it has a dent caused by merely small beam current of 20 mA in daily operation. A new scraper that endures upgraded beam current of 50 mA is the essential item for the beam power upgrade of J-PARC. Thermal simulations on several materials have been performed with the ANSYS code assuming the upgraded beam power. They revealed that maximum temperatures in a beam cycle are much higher than their melting points in some materials and consequently that lessening of heat load for a scraper by beam operation is an essential factor.