Design of injection and extraction at an 8-GeV booster ring and the J-PARC Main Ring for Multi-MW output beam power

J-PARC MRにおけるMulti-MW出力に向けた8GeVシンクロトロンの入射・出射システムの設計

原田 寛之  ; 發知 英明  ; 五十嵐 進*; 佐藤 洋一*; 小関 忠

Harada, Hiroyuki; Hotchi, Hideaki; Igarashi, Susumu*; Sato, Yoichi*; Koseki, Tadashi

J-PARC 50GeV MRでは、30GeVのビームエネルギー、繰り返し2.48秒サイクル、上段の加速器であるRCSから380kW相当の粒子数入射によって、240kWのビーム出力を達成している。繰り返しを速くし、RCSから600kW相当の粒子数を入射することによって、MRから750kWのビーム出力を目標としている。その目標に向けて、新タイプの電磁石電源や高いインピーダンス特性を持つコアの開発を進めている。RCSでは、2014年夏のメンテナンス作業後の10月より設計出力である1MWのビーム出力の調整を開始する。MRにおけるより高いビーム出力に向けて、現在いくつかの選択肢を検討している。その一つとして、RCSとMRの間に新たに8GeVシンクロトロンを設置する案である。8GeVシンクロトロンでさらに加速させ、MRへの入射エネルギーを増大させる。それにより、ビーム出力を制限するビームロスの低減へとつながる空間電荷効果の緩和や小ビームサイズ化を実現させる。本発表では、MRにおける数MWのさらに高いビーム出力を達成するために新たに設計された8GeVシンクロトロンのビーム入射・出射システムを報告する。

The 240-kW output beam power in the J-PARC 50-GeV Main Ring (MR) has been achieved for the 30-GeV user operation with the cycle time of 2.48 sec and the injected beam intensity with the output beam power of 380-kW equivalent from 3-GeV Rapid Cycling Synchrotron (RCS). The target of output beam power in MR is 750-kW by faster cycling and the injected beam intensity of 600-kW equivalent beam from the RCS. The MR are developing the new type power supplies of the MR main magnets and the high-impedance core of the MR RF cavities. The RCS will aim the designed output beam power of 1-MW from the beam commissioning on October 2014 after the peak current upgrade of Linac from 30 to 50-mA. For higher beam power of MR, we have explored the accelerator options. As one of options, 8-GeV Booster Ring (BR) is also designed for increasing the injection energy of the MR. The increasement of injection energy leads to the reducing a space charge force and the increasing the acceptance clearance from the physical aperture of the MR. In this paper, the realistic injection and extraction system of the BR and the new injection system of the MR for Multi-MW output beam power are also described.