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Thermal analysis of the injection beam dump at J-PARC RCS

J-PARC 3GeVシンクロトロン入射ビームダンプの温度解析

神谷 潤一郎; Saha, P. K.; 山本 風海; 金正 倫計

Kamiya, Junichiro; Saha, P. K.; Yamamoto, Kazami; Kinsho, Michikazu

マルチターンH$$^{-}$$入射方式を用いる大強度ビーム加速器においては、荷電変換されなかったビーム用のビームダンプへの入熱は数千ワットにもおよぶ可能性がある。そのような場合、ビームダンプの構造物の温度は、機械強度としての許容値を超える可能性も出てくる。しかしながら、ダンプ構造物の各所温度を測定することは不可能である。我々は、J-PARC 3GeVシンクロトロンの入射ビームダンプについて、ダンプ構造物の各所温度と、実際に温度測定ができている箇所との対応を調査すること、及びビームによる入熱の許容最大値を知ることを目的とし、熱解析を行った。実構造に基づきモデル化を行い、さらに外部境界条件が内部構造物の温度に影響を与えないよう、十分大きな領域をモデル範囲とした。計算結果によると、コンクリート温度が許容値を超えないためには3 kW程度が入熱の限界であることが分かった。ただし実測との比較から、より精度の良い熱計算にはダンプ構造物間の温度抵抗を考慮する必要があることが分かった。

The amount of the heat generation in the beam dump for unstripped H$$^{-}$$ beam at an injection in a high power beam synchrotron becomes a few thousand watts. In such case, the temperature of the dump materials might reach unacceptable values from the aspect of the mechanical strength decrease. The thermal analysis for the injection beam dump at J-PARC 3GeV synchrotron was performed in order to evaluate the upper limit of the beam power into the dump. The temperature distribution of beam dump was calculated by modelling the detail configuration and enough large region. The upper limit of the beam power into the dump, which keep the concrete temperature below permissible value, was estimated to be about 3 kW. The comparison with the measured temperature shows the thermal resistance between the contacted materials should be considered for more accurate calculation.

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