Vacuum properties and operation stability of the radio-frequency quadrupole accelerator in Japan Proton Accelerator Research Complex linac

J-PARCにおけるRFQ加速器の真空特性と運転安定性

森下 卓俊  ; 近藤 恭弘   ; 小栗 英知  ; 長谷川 和男

Morishita, Takatoshi; Kondo, Yasuhiro; Oguri, Hidetomo; Hasegawa, Kazuo

J-PARCリニアックでは水素イオンビームを400MeVに加速して後段の3GeVシンクロトロンに供給する。ビーム出力増強のため、2014年にリニアック初段部(イオン源、高周波四重極空洞(RFQ)、ビームチョッピングシステム)を強化した。ピーク電流を30mAから50mAに増加させたRFQは新たに設計、製作され、2014年夏にインストールした。2週間の真空排気の後に大電力調整運転を開始し、同年11月初旬からはビーム供給運転に移行した。現在までの2年間、深刻な問題も発生することなく運転を継続しているが、ビーム運転中、空洞内でスパーキングが頻発するため、現時点ではRFQ運転の安定性が十分ではない。我々は空洞内真空中に残留する不純物がこの現象に影響していると考えている。本発表では、本RFQの真空排気系の設計と性能を示すとともに、スパーキング頻度、残留ガス成分、およびビーム運転パラメータとの関連について報告する。

In the J-PARC, the linac provides 400 MeV hydrogen negative ion beam to the following 3GeV synchrotron. For the beam current upgrade, the new radio-frequency quadrupole (RFQ) linac, in which the design peak beam current was increased from 30 to 50 mA, has been fabricated and installed in the beam line in summer 2014. The beam provision to users started in the beginning of November, 2014. Since then, the RFQ operates without serious problems for more than two years, however, the operation stability of the RFQ with beam acceleration was not enough due to the sparking in the cavity. We consider that the impurities in the vacuum chamber are related to this sparking phenomena. The design and performance of the RFQ vacuum system is described in this paper, then, the relationship among the sparking rates, the residual gas species in the vacuum chamber, and the beam operation parameters are described.