Beam profile monitor for intense, negative, hydrogen-ion beams in the J-PARC linac

J-PARCリニアックにおける大強度負水素イオンビーム用ビームプロファイルモニタの開発

三浦 昭彦 ; 長谷川 和男; 宮尾 智章*; 丸田 朋史*; Liu, Y.*; 堀岡 一彦*

Miura, Akihiko; Hasegawa, Kazuo; Miyao, Tomoaki*; Maruta, Tomofumi*; Liu, Y.*; Horioka, Kazuhiko*

大強度ビーム加速器におけるビームハロー及びその成長状況の観測は、ビームの安定運転において重要な問題である。ビーム輸送ラインの電磁石の設定や、RF加速空洞の設定が適正でない場合、ビームハローの発生及びその成長が報告されている。J-PARCリニアックでは、電磁石設定のマッチングをとるため、ワイヤスキャナモニタによるプロファイルの測定を行っている。電磁石のマッチングをとるためには、ビームプロファイルにおけるダイナミックレンジは2桁程度で十分であるが、ビームハローの観測を行うためには34桁のダイナミックレンジが必要である。このため、大強度ビームによる熱負荷、信号利得の大きさを考慮した設計解析を実施した。この結果、191400MeVのビームラインに設置するワイヤスキャナモニタについて、熱負荷に耐え、大きな信号利得が得られる30mのタングステンワイヤを選定し、4桁近いダイナミックレンジをもつモニタの製作に成功した。本論文では、信号利得大きく寄与する負水素イオン中の電子と2時電子の生成量から信号利得の大きさを検討し、陽子ビームのビームプロファイル測定との比較によるダイナミクスレンジの広さの議論を行った。

The beam loss should become more serious when the beam output power increased. We developed a sensitive wire scanner monitor (WSM) to measure the transverse RMS size of negative hydrogen beam for the transverse matching between the quadrupole magnets. Although the dynamic range of 10 is sufficient to evaluate the RMS beam size, we set the goal of the dynamic range to be 10 because we intended to observe the beam halo at the same time. We achieved a dynamic range over 10 by selecting a proper combination of wire materials and diameters based on a consideration on the interaction between the beam and the wire. This enabled us to measure the evolutions of beam halo in the linac. We discuss the mechanism of such a wide dynamic range compared with that of WSMs for proton beams.