大強度陽子加速器施設J-PARCの真空技術

Vacuum technologies in the high-power proton beam accelerator: J-PARC

神谷 潤一郎   

Kamiya, Junichiro

真空は加速器における基幹技術であるとともに、最新の加速器は次世代の真空技術の宝庫であると言える。特に大強度陽子加速器の運転において、ビームロスの低減、放射線による機器の損傷の軽減、および残留放射線量の抑制という各段階での課題を解決するためには、既存の真空技術の正確な選択と新しい真空技術の開発が重要となる。第一段階として、残留ガスでのビーム散乱や、ビームハローのビームダクトへの衝突といったビームロスの原因を減らすために、ビームライン超高真空の維持と大口径ビームダクトが要求される。第二段階として、発生した放射線による真空装置の劣化や装置の誤動作を防止するため、耐放射線性能を有する真空装置や放射線の影響を最小限にするシステムの構築が必要となる。第三段階として、高エネルギー陽子や二次粒子による放射化を最小限にするために、低い残留放射線性能の材料による真空装置の製作が必要である。本原稿では、世界最高峰のビーム出力を有するJ-PARCを例に、高放射線下の真空技術について解説することを目的とする。

For vacuum systems in high-power proton accelerators, there are many challenging requirements in addition to their basic role owing to the existence of a large number of high-energy protons, rapid cycling of the magnetic field, and high radioactivation. In addition, it is necessary to promptly evacuate from the atmospheric pressure to UHV and ensure sufficient pumping speed against an additional gas load. The vacuum system of the 3 GeV Rapid Cycling Synchrotron (RCS) at the Japan Proton Accelerator Research Complex fulfills such unique requirements. Many vacuum devices such as turbo molecular pumps with radiation toughness, beam pipes made of alumina ceramics, and titanium beam pipes and bellows were developed in accordance with the design concept of the system. Treatments to minimize both static and dynamic outgassing were also performed, e.g., surface polishing, coating, and vacuum firing. This paper aims to review the vacuum technologies in accelerators taking J-PARC as an example.