Tensile fracture test of metallic wire of beam profile monitors

ビームプロファイルモニタ用金属製ワイヤのビーム電流・張力耐久性試験

三浦 昭彦 ; 川根 祐輔*; 守屋 克洋  ; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*; 福岡 翔太*

Miura, Akihiko; Kawane, Yusuke*; Moriya, Katsuhiro; Futatsukawa, Kenta*; Miyao, Tomoaki*; Fukuoka, Shota*

J-PARCリニアックでは、ビーム運転中のロスを抑制するため、四極電磁石の電流値と加速空洞の振幅の精密な調整を行っている。これらは、ワイヤスキャナモニタを用いた、ビーム進行方向に鉛直な方向のプロファイル測定、及びバンチシェイプモニタを用いた、位相の拡がり測定に基づいている。これらのモニタでは、ビームを金属ワイヤに直接当てることで計測を行っているため、熱負荷の観点から、融点の高いタングステンを採用している。今後、ビーム電流が高くなると、ワイヤの到達温度が上昇するため、高温でも十分な引張強度が必要になる。そこで、小型の真空チャンバを製作し、ビームによる熱負荷を印加電流で模擬し、ワイヤにかける張力とワイヤ径をパラメータとしたワイヤ破断試験を実施した。この結果、ビーム電流が高くなると、現状の低い張力であっても破断する可能性が示された。ビーム電流が高くなった時、ワイヤにかける張力を低めにするか、太い径のワイヤにすればよいことが分かった。

In order to mitigate the beam loss during a beam transportation in the high-brilliant accelerator facilities, wire-based profile monitors are used to measure by both transverse and longitudinal beam profiles using wire-scanner monitors and bunch-shape monitors for the tuning of quadrupole magnets and buncher cavities. Signals are generated due to the direct interaction between a metallic wire and beam. We have used the tungsten wire as a high melting-point material by estimation of heat loading during the impact of beam particles. In addition, a spring is applied for the relaxing a flexure under wire's own weight. A tensile fracture test is conducted by supplying an electrical current as a simulated beam loading. As the results, we obtained the relation between the thermal limit to fracture and tension loading of tungsten wire.