J-PARCリニアックにおける八極磁場を用いた空間電荷補償

Space-charge compensation using octupole field in J-PARC linac

地村 幹 ; 原田 寛之  ; 守屋 克洋  ; 岡部 晃大  ; 金正 倫計  

Chimura, Motoki; Harada, Hiroyuki; Moriya, Katsuhiro; Okabe, Kota; Kinsho, Michikazu

加速器ビームの大強度化は、ビームの空間電荷効果に起源を持つビーム損失も増加させ、機器の放射化を引き起こすため、保守の観点から強度を制限せざるを得なくなる。多くの場合にはビーム損失機構は共鳴現象によって理解される一方、空間電荷場が非常に強い加速初期領域では、その非線形性に起因する短距離で急激なエミッタンス増大が引き起こされる。このエミッタンス増大はその地点の放射化への影響は小さいが、それ以降のビーム損失を増加させる原因となり、大強度化を阻害する根本的な要因となる。本研究は、このエミッタンス増大を抑制する新たな手法として、非線形な場である八極磁場を印加することで空間電荷場の非線形項を補償する手法を提案し、シミュレーションコードIMPACTを用いて、大強度陽子線形加速器J-PARCリニアックをモデルとしたビームシミュレーションを実行した。その結果、八極磁場を印加することでビーム分布の外核部における広がりが抑制されていることが確認でき、ビーム損失を計算上抑制できた。本発表では、八極磁場を用いた空間電荷補償の結果を報告し、実験計画についても言及する。

High intensity beam also increases the beam loss, which originates from the space charge effect, so that the intensity is limited from the maintenance point of view. In the early acceleration region where the space charge field is very strong, its nonlinearity causes a rapid emittance increase over a short distance. Although this emittance growth has a small effect on the activation at that point, it causes an increase in the beam loss after that point. In this study, we propose a new method to suppress this emittance growth by compensating the nonlinear term of the space charge field by inducing a nonlinear octupole magnetic field, and perform a beam simulation of the J-PARC linac model using the IMPACT. As a result, it was confirmed that the expansion of the beam distribution in the outer core and the beam loss was suppressed. In this presentation, the results of the space charge compensation will be reported and the experimental plan will be discussed.