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J-PARC 3GeVシンクロトロンにおける大強度陽子ビームのためのペインティング入射の高精度化

Precise adjustment of the injection painting for the high-intensity proton beam in the J-PARC RCS

加藤 新一; 原田 寛之 ; 高柳 智弘  ; 堀野 光喜; 飛田 教光; 植野 智晶*; 金正 倫計 

Kato, Shinichi; Harada, Hiroyuki; Takayanagi, Tomohiro; Horino, Koki; Tobita, Norimitsu; Ueno, Tomoaki*; Kinsho, Michikazu

大強度陽子加速器であるJ-PARC 3GeV RCSでは、負水素イオンを用いた荷電変換多重入射を入射時間0.5msで行っている。この際、ビームロスの原因となる空間電荷力の緩和や、周回ビームの荷電変換膜による散乱の低減のために、横方向の位相空間上の任意の範囲に入射ビームを配置するペインティング入射が必須となる。これは、水平方向に対して4台、垂直方向に対して2台の電磁石によって、入射中にビーム軌道を変動させることで行う。この電磁石電源では、電圧指令値を調整することで、0.5msで素早く変動する任意の電流出力パターンが形成されている。そこで今回、ペインティング入射の高精度化のために、電磁石出力調整アプリケーションの開発と、それを用いたペインティング入射調整手法の実証を行った。出力調整アプリケーションは、電圧指令値に対する出力応答特性の試験結果を元に作成した。その結果、設計値の2倍以上となる$$pm$$100Aの精度で出力調整が可能となった。また、調整時間も削減された。ペインティング入射調整では、測定した閉軌道歪みを加速器モデルに導入することで電磁石の蹴り角を算出した。そして、目標とする蹴り角との差に対応する出力の過不足を用いた補正を数回行なった。この結果、意図したペインティング入射が達成できた。以上より、ペインティング入射の高精度調整手法が確立できた。

In the J-PARC RCS, the multi-turn charge-exchange injection scheme is adopted. In addition, the painting injection method which arranges the injection beam on the wide phase-space area during the multi-turn injection has been performed to expand the circulating beam. This method is essential to mitigate the beam loss caused by the particles scattered at the charge-exchange foil and the space charge force. This method is performed by the 4 horizontal and 2 vertical deflection magnets. Hence, the accuracy of the painting injection depends on the power adjustment precision of the magnet power supply. Therefore, the output power adjustment application was developed in order to achieve the high precise painting injection. This application was developed based on the examination results of the output characteristics of the power supply. As a result, the adjustment time was reduced and the adjustment precision was improved to twice of the original design value. After that, the painting injection adjustment was performed using the application. As a result, it was confirmed that the high precise painting injection was achieved.

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