Development of the longitudinal beam monitor with high time resolution for a muon linac in the J-PARC E34 experiment

J-PARC E34実験のための高時間分解能縦方向ビームモニタの開発

四塚 麻衣*; 飯嶋 徹*; 居波 賢二*; 須江 祐貴*; 飯沼 裕美*; 中沢 雄河*; 齊藤 直人; 長谷川 和男; 近藤 恭弘   ; 北村 遼   ; 森下 卓俊  ; 二ツ川 健太*; 河村 成肇*; 三部 勉*; 三宅 康博*; 大谷 将士*; 下村 浩一郎*; 山崎 高幸*; 安田 浩昌*

Yotsuzuka, Mai*; Iijima, Toru*; Inami, Kenji*; Sue, Yuki*; Iinuma, Hiromi*; Nakazawa, Yuga*; Saito, Naohito; Hasegawa, Kazuo; Kondo, Yasuhiro; Kitamura, Ryo; Morishita, Takatoshi; Futatsukawa, Kenta*; Kawamura, Naritoshi*; Mibe, Tsutomu*; Miyake, Yasuhiro*; Otani, Masashi*; Shimomura, Koichiro*; Yamazaki, Takayuki*; Yasuda, Hiromasa*

J-PARC E34実験はミューオンの異常磁気モーメントと電気双極子モーメントの高精度測定を目標にしている。この実験では、室温で生成されたミューオニウムをレーザー共鳴方でイオン化した超低速ミューオンを多段のリニアックで加速したミューオンビームを用いる。実験の要請を満たすには加速中のエミッタンス増大を抑えることが必要である。エミッタンス増大の主要な要因の一つは異なった加速構造間でのビームの不整合であるので、これらを測定するための縦横両方向のビームモニタが重要である。このうち、324MHzの加速構造の縦方向測定を行うモニタは、その加速周期の1%の時間分解能が要求される。さらに、ビーム調整段階でのミューオンビーム強度が非常に低いので、ミューオン1つに対する感度が必要である。これらの要求を実現するために、我々はマイクロチャンネルプレートを用いた縦方向ビームモニタを開発している。テストベンチでの分解能評価では、65psを達成した。さらに、RFQを用いたビーム試験で、縦方向バンチ長を測定することに成功した。さらに精度を高めるための改良も計画中である。本論文ではこの縦方向ビームモニタのテストベンチでの性能評価について述べる。

The J-PARC E34 experiment aims to measure the muon anomalous magnetic moment and the electric dipole moment with a high precision. In this experiment, thermal muonium is produced and ionized by laser resonance to generate ultra-slow muons, which are then accelerated in a multistage muon linac. In order to satisfy the experimental requirements, suppression of the emittance growth during the acceleration is necessary. Because the main cause of the emittance growth is beam mismatching between the accelerating stages, the transverse and longitudinal beam monitoring is important. The longitudinal beam monitor has to measure the bunch length with the resolution equivalent to tens of picoseconds, which is 1% of the acceleration phase of 324 MHz. In addition, it should be sensitive to single muon because the beam intensity is limited during the commissioning phase. To realize above requirements, we are developing a longitudinal beam monitor with a micro channel plate, and the test bench to evaluate the monitor performance. So far, the time resolution of the beam monitor was obtained to be 65 ps in RMS including the jitter on the test bench. We also succeeded in measuring the longitudinal bunch size of the muon beam accelerated by RFQ using the beam monitor. Further improvement of the measurement system is needed to guarantee the required accuracy. In this paper, the results of the performance evaluation for this beam monitor are reported.