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Dependence of charge-exchange efficiency on cooling water temperature of a beam transport line

荷電変換効率の冷却水温度依存性

山本 風海  ; 畠山 衆一郎; Saha, P. K.  ; 守屋 克洋 ; 岡部 晃大 ; 吉本 政弘 ; 仲野谷 孝充 ; 藤来 洸裕; 山崎 良雄; 菅沼 和明 

Yamamoto, Kazami; Hatakeyama, Shuichiro; Saha, P. K.; Moriya, Katsuhiro; Okabe, Kota; Yoshimoto, Masahiro; Nakanoya, Takamitsu; Fujirai, Kosuke; Yamazaki, Yoshio; Suganuma, Kazuaki

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は最大1MWの高出力陽子ビームを中性子ターゲットに供給している。稼働率を向上し実験成果の最大化を図るために、RCSではさまざま運転パラメータの履歴を記録しているが、そのデータのうち入射効率と入射ビームラインの磁石を冷却している冷却水温度が同期していることを発見した。RCS入射時に、入射負水素(H$$^{-}$$)ビームは炭素薄膜を通過し陽子に変換されるので、入射効率が変動しているという事は陽子への変換効率が冷却水温度に依存していることを示している。ビーム形状,薄膜の条件等から、入射ビームのフォイルへの入射位置が0.072mm程度振動していて、それが磁石磁場の変動に換算して1.63$$times$$10$$^{-5}$$となることを求めた。この値は、単純に磁石が冷却水の温度変動に従って伸び縮みするとして評価した結果とファクタ程度で一致し、変換効率の変動の主要因は磁場変動であることが確認できた。

The 3 GeV Rapid Cycling Synchrotron at the Japan Proton Accelerator Research Complex supplies a high-intensity proton beam for neutron experiments. Various parameters are monitored to achieve a stable operation, and it was found that the oscillations of the charge-exchange efficiency and cooling water temperature were synchronized. We evaluated the orbit fluctuations at the injection point using a beam current of the injection dump, which is proportional to the number of particles that miss the foil and fail in the charge exchange, and profile of the injection beam. The total width of the fluctuations was approximately 0.072 mm. This value is negligible from the user operation viewpoint as our existing beam position monitors cannot detect such a small signal deviation. This displacement corresponds to a 1.63$$times$$10$$^{-5}$$ variation in the dipole magnetic field. Conversely, the magnetic field variation in the L3BT dipole magnet, which was estimated by the temperature change directly, is 4.08$$times$$10$$^{-5}$$. This result suggested that the change in the cooling water temperature is one of the major causes of the efficiency fluctuation.

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