荷電変換薄膜を用いた荷電変換ビーム多重入射に由来する放射化の抑制に向けた取り組みと課題

Struggle to suppress radio-activation due to multi-turn charge exchange beam injection with stripper foil and its issues

吉本 政弘  ; 加藤 新一; 岡部 晃大  ; 原田 寛之  ; 金正 倫計  

Yoshimoto, Masahiro; Kato, Shinichi; Okabe, Kota; Harada, Hiroyuki; Kinsho, Michikazu

MW級の大強度陽子ビームの利用運転を実現するためには、機器の放射化の抑制が重要な課題となる。J-PARC 3GeVシンクロトロン加速器(RCS)では、入射直線部にコリメータシステムを導入しビーム損失を局所化することでそれ以外の機器の放射化を抑制する思想で設計されている。しかし、コリメータ部の他に荷電変換薄膜の周辺部においてきわめて高い残留線量が観測されている。これまでの詳細な残留線量分布測定とPHITSを用いたシミュレーション結果から、この放射化の原因はビーム入射期間中に入射ビーム及び周回ビームの荷電変換薄膜への衝突による核反応によって生成された2次粒子(陽子及び中性子)であると強く示唆されてきた。入射部機器の放射化抑制を実現するために、周回ビームの薄膜への衝突回数を減らすことで2次粒子の発生を抑制する努力を続けてきた。同時に衝突回数を計測するための新たなビーム損失モニタの開発も行った。本発表では2次粒子検出と薄膜への衝突回数の評価について報告する。合わせて放射化抑制について議論する。

It is key issue to reduce the level of the radio-activation of the devices in high power proton accelerator, to achieve MW class high power beam operation. The 3 GeV Rapid Cycling Synchrotron (RCS) of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) adopted a beam collimation system which aims to localize the beam loss at the collimators and to reduce the level of residual doses at the other devices. However, relatively high residual doses are detected in not only the beam collimator area but also a vicinity of the stripper foil. The results of previous work, measurements of the detailed residual dose distribution and simulations of the radio-activation by the PHITS, indicate that the high level residual dose around the stripper foil is caused by secondary particles due to nuclear reaction at the foil. In order to suppress the secondary particles from foil, we try hard to reduce the number of foil hitting particles during the beam injection period. As a result, the level of the radio-activation around the foil can be decreased. At the same time, new beam loss monitor to detect the secondary particles from the foil is developed. In this presentation, we report the secondary particles detections and estimations of number of the foil hitting particles. In addition, we discuss the reduction of the radio-activation.