J-PARCリニアックにおける結合型電磁石を用いた空間電荷補償

Space-charge compensation using coupled magnet in J-PARC linac

地村 幹 ; 原田 寛之  ; 高柳 智弘   ; 金正 倫計  

Chimura, Motoki; Harada, Hiroyuki; Takayanagi, Tomohiro; Kinsho, Michikazu

大強度陽子加速器のような空間電荷場が顕著になる低エネルギー領域においては、数m程度の短距離で急速にビーム品質が悪化する現象が起こる。この現象は、ビームの内側では強い空間電荷力が働く一方、ビームの外側では空間電荷力が弱いためにビームの運動方向が不揃いになることに起因する。J-PARCリニアックの3MeVビーム輸送路におけるシミュレーションでは、3mの短距離で50%以上のエミッタンスが増大することが確認された。そこで、ビーム外側に強い力をかけることが可能な八極磁場を用いて、空間電荷力を緩和する手法をこれまでの研究で提案し、シミュレーションよりエミッタンスの増大が抑制可能であることを示した。本手法を実際の加速器に導入し、より高品質で大強度なビームを実現するために新たな結合型電磁石を開発した。本講演では、四極磁場と八極磁場を同時に発生することのできる新たな結合型電磁石の設計およびビームシミュレーション結果について報告する。

In low-energy regions where space-charge fields become pronounced, such as in high-intensity proton accelerators, beam quality deteriorates rapidly over short distances of a few meters. Simulations in the 3 MeV beam transport line of the J-PARC linac show that the emittance increases by more than 50% at a short distance of 3 m. Therefore, we proposed a method to compensate a space charge force by using an octupole magnetic field and showed that the emittance increase can be suppressed from the simulation. We have developed a new coupled magnet to realize a higher quality and intensity beam by applying this method to an actual accelerator. In this talk, we will report the design and beam simulation results of the new coupled magnets that can generate quadrupole and octupole magnetic fields simultaneously.