J-PARC 3GeVシンクロトロンにおける荷電変換フォイルの最近の使用状況

Recent usage status of charge-exchange stripper foil for 3GeV synchrotron of J-PARC

仲野谷 孝充  ; 吉本 政弘  ; Saha, P. K.   ; 竹田 修*; 佐伯 理生二*; 武藤 正義*

Nakanoya, Takamitsu; Yoshimoto, Masahiro; Saha, P. K.; Takeda, Osamu*; Saeki, Riuji*; Muto, Masayoshi*

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS: Rapid Cycling Synchrotron)では、前段加速器であるリニアックから入射した400MeVのHビームを荷電変換フォイルによりHビームに変換して、3GeVまで加速させている。RCSで主に使用している荷電変換フォイルは、少量のホウ素を炭素棒に添加し、これを電極としてアーク蒸着法により作製したHBCフォイル(Hybrid Boron mixed Carbon stripper foil)である。2017年から原子力機構でフォイルの内作を開始し、2018年以降これを利用運転で使用している。これまでのところフォイルを起因とする大きな問題は生じていない。一方でこの間、RCSのビームパワーは500kWから830kWへと段階的に上昇してきた。出力上昇に伴い、フォイルを支えているSiCファイバーの破断が顕著になってきた。SiCファイバーの破断はビームロスを増やしたり、フォイル回収時の汚染源となる可能性がある。この課題の対策としてより高強度な特性を持つSiCファイバーの使用やSiCファイバーパターンの変更などの対策を検討した。本発表では近年のJ-PARC利用運転でのフォイルの使用状況と課題とその対策ついて報告する。

In the J-PARC 3-GeV Rapid Cycling Synchrotron (RCS), a 400 MeV H- beam injected from the linac is exchange to an H+ beam by a charge exchange foil and accelerated to 3 GeV. The charge exchange foils mainly used in the RCS are HBC foil (Hybrid Boron mixed Carbon stripper foil), which are made by adding a small amount of boron to carbon rods and using them as electrodes by the arc deposition method. Since 2018, foils produced by JAEA have been used for user operation. So far, no major problems have occurred due to the foils. Meanwhile, the beam power of the RCS has been gradually increased from 500 kW to 830 kW since 2018. As beam power increases, the foil issues were identified to achieve the RCS design power of 1 MW. In this paper, we will report on the recent foil usage status and issue in the user operation.