Localization of the beam loss caused by the foil scattering for high-intensity routine operation in the J-PARC 3-GeV Rapid Cycling Synchrotron

J-PARC 3-GeVシンクロトロンにおける荷電変換膜での散乱に起因するビームロスの局所化

加藤 新一; 山本 風海   ; 原田 寛之  ; 發知 英明  ; 金正 倫計  

Kato, Shinichi; Yamamoto, Kazami; Harada, Hiroyuki; Hotchi, Hideaki; Kinsho, Michikazu

J-PARC 3-GeVシンクロトロン(RCS)は、1MWもの大強度出力を目指している。この大強度ビームを形成するために、負水素イオンを用いた荷電変換多重入射を行なっている。Linacからの負水素イオンは、入射点に設置された荷電変換膜によって、電子を剥ぎ取られ陽子に変換され入射される。この入射を308周回に分けて行うことで、リング内に大量の粒子を蓄えることができる。この入射の際、先に入射され周回している粒子が再度荷電変換膜に衝突し、散乱される。RCSでは、特に大角度に散乱された粒子が入射下流部でロスし、高い残留線量を生じさせていた。そこで、新しいコリメータシステムを2011年に導入し、このロスを局所化した。入射エネルギーが181MeVのビームに対して性能試験を行い、このコリメータの調整方法を開発し、効率的な局所化に成功した。2014年に入射エネルギーが400MeVに増強された際も再調整を行い、コリメータがよく機能していることを確認した。これらの結果、残留線量をメンテナンスが可能なレベルまで抑制することができた。

The J-PARC 3-GeV rapid cycling synchrotron (RCS) accelerates proton beams from 400 MeV to 3 GeV and the designed output beam power is 1 MW. To achieve a high-intensity output beam power, the RCS adapts H charge-exchange multi-turn injection. The H beam from the Linac is delivered to the RCS injection point, where it is injected through a carbon stripper foil in order to strip two electrons and to convert into proton. This injection is divided into 308 turns. Therefore, the both injection and circulating beams hit the foil repeatedly and scattering occur during the injection. Especially, large-scattered particles cause uncontrolled beam losses at downstream area. Thus, a new collimation system was developed and installed downstream of the foil to localize these losses in 2011. In the beam commissioning at 181 MeV and 400 MeV injection energy, unique tuning method of the collimator has been established and consequently these uncontrolled beam losses were localized successfully.