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Present status of the laser charge exchange test using the 3-MeV linac in J-PARC

J-PARC 3MeVリニアックにおけるレーザー荷電変換試験の現状

武井 早憲; 千代 悦司; 平野 耕一郎; 近藤 恭弘; 明午 伸一郎; 三浦 昭彦; 森下 卓俊; 小栗 英知; 堤 和昌

Takei, Hayanori; Chishiro, Etsuji; Hirano, Koichiro; Kondo, Yasuhiro; Meigo, Shinichiro; Miura, Akihiko; Morishita, Takatoshi; Oguri, Hidetomo; Tsutsumi, Kazuyoshi

加速器駆動システム(ADS)は、原子炉で発生するマイナーアクチニド(MA)などの長寿命放射性核種を核変換する一つの候補である。このMAを効率良く核変換するためには、ADS炉心における中性子分布を精度よく予想することが必要不可欠である。ADS用の未臨界体系における中性子工学の特性評価のため、J-PARCでは核変換物理実験施設(TEF-P)の建設を計画している。TEF-Pは、安定な陽子ビーム(最大10W)を必要としており、大強度負水素イオン(H$$^{-}$$)ビーム(エネルギー400MeV、出力250kW)から微弱なビームを安定かつ精度よく取り出す方法が必要となる。この要求のため当セクションでは、レーザー荷電変換技術(LCE)を開発している。候補となるLCEでは、陽子ビーム輸送系の偏向電磁石中においてレーザー光によりH$$^{-}$$ビームの電子を剥ぎ取り、中性陽子(H$$^{0}$$)ビームを分離する。候補となるLCEの性能評価のため、J-PARC LINACのテストスタンドにおけるRFQ加速器から出射される3MeVのH$$^{-}$$ビームを用いてLCEによる取り出し実験を実施した。その結果、荷電変換した陽子ビームを14時間程度安定に取り出すことに成功した。また、TEF-Pに入射するビーム相当(400MeV)に換算し約5Wの荷電変換した陽子ビームが得られ、TEF-Pの要求出力を概ね満足した。

The Accelerator-driven System (ADS) is one of the candidates for transmuting long-lived nuclides, such as minor actinide (MA), produced by nuclear reactors. For efficient transmutation of the MA, a precise pre-diction of neutronics of ADS is required. In order to obtain the neutronics data for the ADS, the Japan Pro-ton Accelerator Research Complex (J-PARC) has a plan to build the Transmutation Physics Experimental Facility (TEF-P), in which a 400-MeV negative proton (H$$^{-}$$) beam will be delivered from the J-PARC linac. Since the TEF-P requires a stable proton beam with a power of less than 10W, a stable and meticulous beam extraction method is required to extract a small amount of the proton beam from the high power beam using 250kW. To fulfil this requirement, the Laser Charge Exchange (LCE) method has been developed. The LCE strips the electron of the H$$^{-}$$ beam and neutral protons will separate at the bending magnet in the proton beam transport. To demonstrate the charge exchange of the H$$^{-}$$, a preliminary LCE experiment was conducted using a linac with energy of 3MeV in J-PARC. As a result of the experiment, a charge-exchanged H$$^{+}$$ beam with a power of about 5W equivalent was obtained under the J-PARC linac beam condition, and this value almost satisfied the power requirement of the proton beam for the TEF-P.

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