Signal response of the beam loss monitor as a function of the lost beam energy

ビームロスモニタ信号のロスビームエネルギー依存性

山本 風海   

Yamamoto, Kazami

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は3GeVまで加速した陽子ビームを後段の主リングシンクロトロンおよび物質生命科学実験施設に供給している。RCSの入射エネルギーは2013年までは181MeVであったが、2014年に400MeVに増強された。RCSの偏向および四極電磁石は大口径であり、ヨークの厚さも200mm以上ある。そのため、これら入射エネルギーでの陽子の阻止能を考慮すると、電磁石のビームロスモニタに対するシールド効果はビームロスが発生した際のビームエネルギーに強く依存する。入射の最中にビームロスが発生した場合、陽子は電磁石のヨークを貫通できない。しかし加速後にロスが発生した場合、陽子は容易に電磁石を通過する。そのため、もしロスした陽子の数が同じでもビームロスモニタの応答はエネルギーによって変わってくる。ビームロスモニタの応答を評価するために、信号強度のロスエネルギー依存性をシミュレーションにより評価した。計算の結果、信号強度はロスした際のエネルギーやロスの発生個所に依存することが判明した。また、電磁石のシールド効果が無ければ信号はロスしたパワーに比例することがわかった。

The 3 GeV rapid cycling synchrotron of the J-PARC accelerates a proton beam up to 3 GeV and delivers it to the main ring and the material and life science facility. The main magnets (dipole and quadrupole magnets) of the synchrotron have large aperture, and thickness of yoke is larger than 200 mm. Considering the stopping power of a proton, a shielding effect of the magnets for beam loss monitor strongly depends on the lost beam energy. When the beam loss occurs during injection, the lost proton cannot penetrate the magnet yoke. But when the beam loss occurs after acceleration, lost beam easily pass the magnet. Therefore the signal response of the beam loss monitor is changed by the lost energy. We estimated the signal dependence on the lost energy by the simulation. The results indicated that the response strongly depends on the location of the lost point and lost energy. It is proportional to the lost power except the condition that the magnets become the radiation shielding.