大強度陽子加速器におけるバーチャル加速器ペインティング入射解析

Painting injection study using a virtual accelerator in a high-intensity proton accelerator

原田 寛之  

Harada, Hiroyuki

J-PARC 3GeV RCSでは、LINACから負水素イオンの2つの電子を荷電変換膜で剥ぎ取り、陽子に変換しリング内へと同じ位相空間上に多周回に渡り重ねて入射し、大強度陽子ビームを形成している。この入射手法では、周回ビームが荷電変換膜に衝突した際に生じるビームエミッタンスやロスの増大に加えて、大強度陽子ビームでの空間電荷効果によるビームロス起源の増大も懸念される。そのため、荷電変換膜での衝突回数の抑制や空間電荷密度の緩和が大強度出力の実現には必須な研究課題である。RCSでは、この大強度出力に向けて「ペインティング入射」を採用している。ペインティング入射とは、多周回中に入射軌道やリング軌道を時間的に変化することで、周回ビームの荷電変換膜への衝突を低減し、かつ空間電荷密度を緩和させるために位相空間上の広い領域にビームを塗るように入射する手法である。本研究では、計算機上に構築したバーチャル加速器を用いて、所定のペインティング入射の制御を確立した。その結果は、RCSにおける大強度出力でかつ低ビームロスへと導いた。本講演では、RCSの紹介、ペインティング入射の調整結果、ならびに最新のビーム調整結果などを合わせて報告する。

The J-PARC 3-GeV RCS injects proton beams with stripping electrons of H ion beams by a stripper foil. This injection scheme makes it possible to have multi-turn injections in same phase space of ring. However, beam loss caused by foil scattering of circulating beam are concerned. In addition, enhance of beam loss source caused by space charge effect is concerned in a high intensity operation. Therefore, suppression of foil hits and mitigation of space charge force are essential issues to realize a high intense beam operation. The RCS adopts a painting injection. The painting injection fills the elliptical phase-space at the injection point with the injection beam by changing the injection and ring orbits during multi-turn beam injection. In my work, the designed painting injection was established by using a virtual accelerator developed on a computer. The results leads to high intensity output and low beam loss in the RCS. In this presentation, the RCS and painting injection scheme are introduced and a lot of beam tuning results are reported.