Maintenance of radio-activated stripper foils in the 3 GeV RCS of J-PARC

J-PARC 3GeV RCSにおける放射化した荷電変換フォイルのメンテナンス

吉本 政弘  ; 山崎 良雄 ; Saha, P. K.   ; 金正 倫計  ; 菅井 勲*; 入江 吉郎*

Yoshimoto, Masahiro; Yamazaki, Yoshio; Saha, P. K.; Kinsho, Michikazu; Sugai, Isao*; Irie, Yoshiro*

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)では、H-荷電変換ビーム多重入射のためにHBCフォイルを採用している。HBCフォイルは大強度ビーム照射に対して寿命が長いという利点を持っている。これまでのところ、6か月以上の加速器利用運転期間ではフォイルは破損したことがない。しかしながら、入射部には高い残留線量が存在する。特に、フォイル直下流の真空容器のフランジに最も高い残留線量が観測されている。またこの残留線量はリニアックの181MeVから400MeVまでのエネルギー増強に伴い増加している。この入射部での高い残留線量の主な原因はフォイルで起こっている核反応によって生じた2次陽子や中性子であることが分かった。このフォイル自体の放射化は根源的な問題であり、それゆえに高線量場でのフォイルメンテナンスシナリオは大強度加速器における重要な課題の一つである。J-PARC RCSでは、作業員の放射線被ばくを可能な限り低減させ、放射化したフォイルが破損・飛散するリスクを抑えることを実現できる新しいメンテナンスシナリオに則ってフォイル交換機構の改造を行った。加えて、照射済みフォイルの分析を可能とするために、フォイル単体を破損させずにトンネルから回収できるようにした。

In the 3-GeV Rapid Cycling Synchrotron (RCS) of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC), we adopted thick Hybrid type Boron-doped Carbon (HBC) stripper foil for the multi-turn H charge-exchange injection. The HBC foil has a great advantage of its longer lifetime against high irradiation. Until now, deformation of the HBC foil is observed, but has not broken during 6 months user operation. However there are high residual dose in the RCS injection area. The highest residual dose is observed at the downstream of titanium chamber flange where the stripper foil is placed. The residual dose was increased with the LINAC energy upgrade from 181 MeV to 400 MeV. It shows that secondary neutrons and protons generated by nuclear reactions in the stripper foil at high energy and high power beam irradiation are the major sources for high residual dose at the injection area. The radio-activation of the stripper foil itself is an intrinsic problem and thus maintenance scenario of the stripper foil at the highly-dosed environment is one of the most important issues for the high intensity accelerators. In the J-PARC RCS, the foil exchange devices were improved according to the new maintenance scenario which aims to keep radiation exposure to staffs as low as possible and to reduce the risk of the radioactive foils break up or disperse. In addition, various analyses of the irradiated stripper foils can be carried out if the foils can be retrieved from the tunnel without breaking.