Beam instruments for high power spallation neutron source and facility for ADS

大強度核破砕中性子源とADSの開発に向けた施設におけるビーム機器

明午 伸一郎   

Meigo, Shinichiro

ハドロン加速器施設では、ビーム出力増大に伴いビーム機器の重要性が増す。J-PARCセンターの核破砕中性子源(1MW)のビーム運転では、水銀標的容器のピッティング損傷が重大な問題となり、この損傷はピーク電流密度の4乗に比例するため、ピーク電流密度を減少する機器が必要となる。ピーク電流密度の減少のため、八極電磁石を用いた非線形ビーム光学によりビーム平坦化技術開発を行った。この結果、非線形光学を用いたシステムにより、標的におけるピーク電流密度が線形ビーム光学の場合に比べ30%減少することが可能となった。また、30MWの大強度陽子を標的に入射する加速器駆動型核変換システム(ADS)では、更に大電流密度を用いる予定のため、大強度ビームに耐えうるモニタの開発が必要となるため、アルゴンビームを用いてビームモニタの試験を行った。クロム等が不純物として含まれる、アルミナ塗料の試料において、短波長領域における発光がビーム入射に伴う減少を示さなかったため、大強度陽子加速器の候補となることがわかった。

As the increase of beam power, beam instruments play an essential role in the Hadron accelerator facility. In J-PARC, the pitting erosion on the mercury target vessel for the spallation neutron source is one of a pivotal issue to operate with the high power of the beam operation. Since the erosion is proportional to the 4th power of the beam current density, the minimization of the peak current density is required. To achieve low current density, the beam-flattening system by nonlinear beam optics in J-PARC, by which the peak density was successfully reduced by 30% than the density with the conventional case optics. Since the ADS requires a very powerful accelerator with the beam power such as 30 MW, a robust beam profile monitor is required, especially for the observation of the beam status on the target continuously. A candidate material for the beam monitor was developed by using heavy-ion of Ar beam to give the damage efficiently.