High-intensity beam profile measurement using a gas sheet monitor by beam induced fluorescence detection

ビーム誘起蛍光検出型ガスシートモニタを用いた大強度ビームのプロファイル測定

山田 逸平; 和田 元*; 守屋 克洋  ; 神谷 潤一郎   ; Saha, P. K.   ; 金正 倫計  

Yamada, Ippei; Wada, Motoi*; Moriya, Katsuhiro; Kamiya, Junichiro; Saha, P. K.; Kinsho, Michikazu

大強度加速器のビームを測定するためには非破壊型モニタが必要である。本研究ではビーム誘起蛍光を利用した横方向ビームプロファイルを測定する非破壊型モニタを開発した。開発したモニタは希薄気体力学の技術を利用してシート状に形成したガスを導入し、ビーム照射により発生した蛍光像を検知することで、二次元プロファイルの測定を可能とする。このモニタから得られる信号をビームプロファイルに変換するための近似手法もあわせて考案した。このモニタおよびプロファイル変換手法をJ-PARCの3MeV水素負イオンビームのプロファイル測定に適用した。その結果、開発したモニタで得られたビームプロファイルは既存のプロファイルモニタであるワイヤスキャナモニタで得られたものと一致した。また、ガスシート導入によるビーム損失の評価として、ビーム電流の減少率を測定した。その結果、ビーム減少率はガス導入流量と比例し、0.004% 2.5%の電流値の減少が見られた。さらに、開発したモニタはJ-PARCビーム1パルス中のプロファイル変化を測定できる可能性を持つことを示した。

A transverse beam profile monitor that visualizes a two-dimensional beam-induced fluorescent image was developed. The monitor employs a sheet-shaped gas flow formed by a technique of rarefied gas dynamics. A simplified analysis method was developed to reconstruct the beam intensity profile from the obtained image. The developed profile monitor and the analysis method were applied to measure the J-PARC 3 MeV H beam profile. The root mean square values of the profiles were consistent with the ones obtained by a wire-scanning-type beam profile monitor. The beam loss due to the gas sheet injection was measured as a beam-current reduction. The amount of the beam current decreased in proportion to the gas sheet flux and the reduction ranged from 0.004 to 2.5%. The assembled system was capable of reconstructing a beam profile from a single shot beam pulse (1.710 protons in 50 s).