Development of a high-resolution beam imaging system for pulsed muon beams

パルスミュオンビームのための高分解能ビームイメージングシステムの開発

伊藤 孝   ; 豊田 晃久*; 髭本 亘  ; 田島 美典*; 松田 恭幸*; 下村 浩一郎*

Ito, Takashi; Toyoda, Akihisa*; Higemoto, Wataru; Tajima, Minori*; Matsuda, Yasuyuki*; Shimomura, Koichiro*

パルスミュオンビームを用いる実験では、大量のミュオンがその寿命よりも短い時間内に標的にやってくるため、ミュオン1個毎の崩壊を識別することは不可能である。このため、標的外に止まったミュオンの崩壊イベントを識別してリジェクトするという、連続状ビームに対してよく用いられる方法は使えない。よって、パルスミュオンビームによる実験では、ビームを標的に対し効率よく照射することが求められる。これを実現するためには、標的周辺の詳細なビームプロファイルをオンラインで測定し、ビームチューニングにフィードバックする必要がある。このためのビームプロファイルモニタには、高空間分解能とリアルタイム性が要求される。我々は、J-PARCミュオン科学実験施設のSR分光器との共存を考慮して、新たにコンパクトなミュオンビームプロファイルモニタを開発した。ミュオンビームがシンチレータに入射した際に発生したシンチレーション光を撮像することによりビームプロファイルを得る。イメージインテンシファイアを用いて光学像を増強することにより、明瞭なビームプロファイルが数十秒という短時間で得られた。

A high-resolution beam imaging system was newly developed for pulsed muon beams in J-PARC MUSE using a plastic scintillator, a gated image intensifier, and a cooled CCD camera. The system was optimized for observation of 4 MeV muon beams and designed so as to be used with an existing muSR spectrometer in the D1 area, J-PARC MUSE. High-resolution beam profiles were obtained for a surface muon beam after exposure to the beam for several tens of seconds. A contribution from decay positrons was significantly suppressed by gating of the image ntensifier. Details of test experiments (negative muon beam profiles in the D2 area, 3D beam imaging, noise reduction, etc.) were presented.