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Non-destructive 2-D beam profile monitor using gas sheet in J-PARC LINAC

J-PARC LINICにおけるガスシートを利用した二次元非破壊型ビームモニター

神谷 潤一郎; 荻原 徳男*; 三浦 昭彦; 金正 倫計; 引地 裕輔*

Kamiya, Junichiro; Ogiwara, Norio*; Miura, Akihiko; Kinsho, Michikazu; Hikichi, Yusuke*

J-PARCにおいて大強度ビームの断面形状すなわちビームプロファイルを精度よく測定することは、ビームロスを減らし安定した加速器の運転維持を行うために必須である。既存のワイヤーを用いたビームプロファイルの測定は、ビーム強度が増した場合、ワイヤーの切断やワイヤーによるビーム散乱での装置の放射化の問題が懸念される。今回我々は真空中にシート状のガスを発生させ、ビームとガスの相互採用で発生するイオンもしくは光等を検出することでビームのプロファイルを得る非破壊のビームプロファイルモニターの開発を行った。リニアックのビーム輸送ラインにガスシートビームモニターを設置した際、導入ガスに対して近傍の空洞への圧力上昇が起きないための排気系の設計および実際の圧力分布測定を行い、空洞に対して悪影響を及ぼさずに十分な量のガス導入が可能であることを示した。発生イオンを電場により検出器に導きビーム像を蛍光板に投影することでビームプロファイルを得る手法で、リニアックの加速ビームのプロファイル測定に成功した。

A beam profile monitor using interaction between the beam and the gas molecules distributed in sheet shape has been developed. Ions or luminescence generated by passing the beam through the gas sheet has the information of cross-section shape of the beam. The gas sheet beam monitor will become a useful tool to measure the profile of high power beams because it has no breakable element such as wires. Furthermore, 2-D beam profile can be obtaine at a certain position of beam line. We applied the gas-sheet based beam profile monitor to J-PARC LINAC, where the negative hydrogen atoms are accelerated to the energy of 400 MeV. The vacuum system was carefully designed not to make an unacceptable pressure rise in nearby cavities when the gas was injected. The clear image of the beam profile was successfully obtained by detecting the ionized N$$_{2}$$ gas.

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