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Beam loss reduction by magnetic shielding using beam pipes and bellows of soft magnetic materials

磁性材料製ビームパイプ及びベローズを用いたビームロスの低減

神谷 潤一郎; 荻原 徳男; 發知 英明; 林 直樹; 金正 倫計

Kamiya, Junichiro; Ogiwara, Norio; Hotchi, Hideaki; Hayashi, Naoki; Kinsho, Michikazu

加速器において真空容器外部からの不要な磁場をいかにして遮蔽するかは、安定なビーム軌道をつくる上で大きな課題である。J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)ではビーム出射部に隣接する電磁石からの漏洩磁場によりビーム重心軌道が10mm程度ずれるという事象が生じていた。我々はビームから最も近い場所で、周りを高い透磁率を持った磁性材料で完全に覆うこと、すなわち真空容器を磁性材料化することが、最善の磁場遮蔽であるとの着想の下、磁気遮蔽性能及び高真空性能を兼ね備えた真空容器の開発を行った。熱処理を高真空中で行うことで、優れた磁気遮蔽性能と超高真空性能をもつ真空容器(ビープパイプ及びベローズ)を製作することができた。これらの真空容器をビームラインへ設置し、ビーム軌道を確認したところ目標どおりビーム軌道のずれを低減でき、結果、ビームロスを抑えることに成功した。

One of the main sources of beam loss in high power accelerators is unwanted stray magnetic fields from magnets near the beam line, which can distort the beam orbit. The most effective way to shield such magnetic fields is to perfectly surround the beam region without any gaps with a soft magnetic high permeability material. This leads to the manufacture of vacuum chambers (beam pipes and bellows) with soft magnetic materials. Using this heat treatment, the ratio of the integrated magnetic flux density along the beam orbit between the inside and outside of the beam pipe and bellows became small enough to suppress beam orbit distortion. The outgassing rate of the materials with this heat treatment was reduced by one order magnitude compared to that without heat treatment. By installing the beam pipes and bellows of soft magnetic materials as part of the Japan Proton Accelerator Research Complex 3 GeV rapid cycling synchrotron beam line, the closed orbit distortion was reduced by more than 80%. In addition, a 95.5% beam survival ratio was achieved by this COD improvement.

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パーセンタイル:80.34

分野:Instruments & Instrumentation

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