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Solving beam intensity bottlenecks and 100 mA operation of J-PARC cesiated RF-driven H$$^{-}$$ ion source

J-PARCセシウム添加型高周波駆動H$$^{-}$$イオン源のビーム強度ボトルネック特定と100mA運転

上野 彰 ; 大越 清紀 ; 池上 清*; 高木 昭*; 神藤 勝啓  ; 小栗 英知 

Ueno, Akira; Okoshi, Kiyonori; Ikegami, Kiyoshi*; Takagi, Akira*; Shinto, Katsuhiro; Oguri, Hidetomo

J-PARCセシウム添加型高周波駆動H$$^{-}$$イオン源のビーム強度ボトルネックを特定するため、引出電圧と加速電圧(V$$_{rm E}$$とV$$_{rm A}$$)に、設計値の10kVと40kVより高い値での試験を行った。V$$_{rm E}$$とV$$_{rm A}$$として、12.4kVと49.6kVを使用することで、デューティ5%(1ms $$times$$ 50Hz)で、安定100mAビーム運転を達成した。そのビームの約93mAは、一般的なRFQ設計に使用される横方向エミッタンスと同等以下であった。この大きな進歩は、引出ギャップと加速ギャップ中での空間電荷制限ボトルネックに関する重要な情報を提供し、高電流運転時の最適電極形状と高エネルギー・高強度H$$^{-}$$LINACS用基準イオン源の実現に寄与する。

In order to specify the beam intensity bottlenecks of the J-PARC cesiated RF-driven H$$^{-}$$ ion source, the extraction and acceleration voltages (V$$_{rm E}$$ and V$$_{rm A}$$) higher than the design values of 10 kV and 40 kV were examined. A 100 mA beam, whose about 93 mA has transverse emittances used for a common RFQ design, was stably operated with a duty factor of 5% (1 ms $$times$$ 50 Hz) by using the V$$_{rm E}$$ and V$$_{rm A}$$ of 12.4 kV and 49.6 kV, respectively. This breakthrough with important information on the space-charge limited bottlenecks in the extraction and acceleration gaps will derive the optimal electrode shapes for the source operated with a beam intensity higher than 100 mA and realize the next generation benchmark H$$^{-}$$ ion source for high intensity and high energy H$$^{-}$$ LINACs.

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