Turbomolecular pump for achieving ultra-high vacuum in a high-power proton accelerator vacuum system

大強度陽子ビーム加速器の真空システムにおけるターボ分子ポンプを用いた超高真空の実現

神谷 潤一郎   ; 金正 倫計  ; 荻原 徳男*; 桜井 充*; 馬渕 拓也*; 和田 薫*

Kamiya, Junichiro; Kinsho, Michikazu; Ogiwara, Norio*; Sakurai, Mitsuru*; Mabuchi, Takuya*; Wada, Kaoru*

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は1MW出力の陽子ビームの安定供給を目標とした加速器である。RCSではビームが残留ガスにより散乱されてロスをすることを防ぐために、ビームラインを超高真空に維持することが必要である。しかし、大表面積のダクトやキッカー電磁石などからの多量な放出ガスに加え、大強度ビームで発生するイオン衝撃脱離による放出ガスが超高真空の障壁である。RCS真空システムでは低真空領域から超高真空領域まで大きな排気速度もつターボ分子ポンプを用いることで、これらの障壁を解決してきた。さらに高強度材料を用いた高回転数のローターで、より大きな排気速度と圧縮比を達成する検討を行っており、実現可能性の目途がついた。本発表では、RCS真空システムの運転実績から得られた大強度陽子ビーム加速器におけるターボ分子ポンプの有効性およびターボ分子ポンプの高度化の成果について発表する。

Challenges for ultrahigh vacuum (UHV) region in J-PARC 3 GeV rapid cycling synchrotron (RCS) come from the large static and dynamic outgassing. In the RCS vacuum system, turbomolecular pumps (TMP) have been used as main pump because it can evacuate such continuous and additional outgassing with a large pumping speed in the wide pressure range. The operation of the RCS vacuum system showed that the UHV was rapidly obtained from the atmospheric pressure. It was also shown that the large additional outgassing during the high-power beam operation was promptly evacuated by the TMP. The future operation with more high-beam power requires the vacuum system for the lower pressure region. We have developed a TMP with the rotor of titanium alloy with high mechanical strength. We report the advantages of the TMP in the high-power beam accelerators and the development of the TMP with titanium alloy.