Improved vacuum system for high-power proton beam operation of the rapid cycling synchrotron

大強度陽子ビーム運転に対する3GeVシンクロトロン真空システムの改良

神谷 潤一郎   ; 古徳 博文*; 黒澤 俊太*; 高野 一弘; 柳橋 享*; 山本 風海   ; 和田 薫

Kamiya, Junichiro; Kotoku, Hirofumi*; Kurosawa, Shunta*; Takano, Kazuhiro; Yanagibashi, Toru*; Yamamoto, Kazami; Wada, Kaoru

J-PARC 3GeVシンクロトロンのビーム運転実績を積み重ねるにつれ、大強度陽子ビームの運転が真空システム対して当初の想定よりもより大きな影響があることがわかった。これらの影響は大強度ビームによる装置の誤動作とビームラインの圧力上昇という、2つのカテゴリーに分けられる。前者の典型例は、大強度ビーム起因の放射線によるターボ分子ポンプコントローラーの故障およびそれに伴うポンプ本体のタッチダウンによる故障である。我々はこの問題をコントローラーとポンプ間のケーブルを200mまで長尺化することに加え、高強度のタッチダウンベアリングを開発することで解決した。後者の典型例は、ビーム強度の増加に伴うビームラインの急激な圧力上昇である。我々は蓄積したデータの傾向を詳細に分析しイオン衝撃ガス脱離モデルを適用することで、この動的圧力の機構解明を行った。さらに圧力上昇抑制には表面分子量の低減と排気速度増加が重要であることを示し、実際のビームラインに対して両者を実現できる非蒸発型ゲッターポンプをインストールした。結果、大強度ビーム運転時の圧力上昇を大幅に低減することに成功した。

Through the operation of the vacuum system in J-PARC, it becomes evident that the high-power beam has more powerful effects on the vacuum system than expected. Those effects are the malfunction of vacuum equipment and the large pressure rise. The former is the failure of the turbomolecular pump (TMP) controller. The TMP itself is also damaged by a bearing crush due to a touch-down. We have developed a TMP controller that can connect with long cables of more than 200 m lengths to install the controller in a control room where there is no radiation influence. The TMP with high-strength bearing has been also developed. The latter is an extreme pressure rise with increasing the beam power. It is indicated that the pressure rise mechanism is a result of ion-stimulated gas desorption. It is finally confirmed that the dynamic pressure during the high-power beam is effectually suppressed by additionally installing the NEG pumps.