Negative hydrogen ion sources for particle accelerators; Sustainability issues and recent improvements in long-term operations

粒子加速器の為の負水素イオン源の長期間運転における持続可能性に関する問題点と改善方法

Welton, R.*; Bollinger, D.*; Dehnel, M.*; Draganic, I.*; Faircloth, D.*; Han, B.*; Lettry, J.*; Stockli, M.*; Tarvainen, O.*; 上野 彰  

Welton, R.*; Bollinger, D.*; Dehnel, M.*; Draganic, I.*; Faircloth, D.*; Han, B.*; Lettry, J.*; Stockli, M.*; Tarvainen, O.*; Ueno, Akira

高輝度負水素イオン源は、世界的な多くの科学施設で、広範囲に使用されている。負水素イオンビームは、円型の加速器や蓄積リングへの蓄積入射に適している。種々の負水素イオン源(RF、フィラメント、マグネトロンとペニング駆動)を使って、いくつかの施設では、数年以上の長期運転経験を有している。代表的な施設のリストに、米国核破砕中性子源(SNS)、J-PARC、英国ラザフォード・アップルトン研究所(RAL-ISIS)、米国ロス・アラモス中性子科学センター(LANSCE)、米国フェルミ国立加速器研究所(FNAL)、欧州合同素粒子原子核研究機構(CERN LINAC-4)があり、その他の多数の施設では、D-Pace社製イオン源が使用されている。本論文では、これらの施設で経験された重要なイオン源の持続可能性問題を総括し、それらのイオン源が、どのように最近改善されているのかを議論する。

High brightness, negative hydrogen ion sources are used extensively in many scientific facilities operating worldwide. Negative hydrogen beams have become the preferred means of filling circular accelerators and storage rings. Several facilities now have long-term ( several years) experience with operating a variety of these sources (RF, filament, magnetron and penning) and have encountered, and in some cases solved, performance limiting issues. A representative list of such facilities includes, the US Spallation Neutron Source (SNS), Japan Proton Accelerator Complex (J-PARC), Rutherford Appleton Laboratory (RAL-ISIS), Los Alamos Neutron Science Center (LANSCE), Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL), CERN LINAC-4 and numerous installations of D-Pace ion sources. This report summarizes key ion source sustainability issues encountered at these facilities and discusses how some of them are being addressed through recent source improvements.