J-PARC線形加速器におけるMEBT1に関するビーム実験

Beam study on MEBT1 at the J-PARC LINEAC

岡部 晃大  ; Liu, Y.*; 大谷 将士*; 守屋 克洋  ; 宮尾 智章*; 北村 遼   ; 平野 耕一郎  ; 小栗 英知  ; 金正 倫計  

Okabe, Kota; Liu, Y.*; Otani, Masashi*; Moriya, Katsuhiro; Miyao, Tomoaki*; Kitamura, Ryo; Hirano, Koichiro; Oguri, Hidetomo; Kinsho, Michikazu

J-PARC線形加速器では、RFQとDTLの間にビームライン(MEBT1)を設けている。MEBT1には後段の円形加速器(RCS)に整合するように縦方向のビーム形状を整形するためのRFビームチョッパーシステムなどが設置されている。既設MEBT1にはチョッパーシステムと下流DTLにビームの縦方向形状を整合させることを目的としてバンチャー空洞が2台設置されているが、原理的にはチョッパーシステムに1台、DTLとのビーム形状整合に2台と合計3台のバンチャーが必要となる。そのため、MEBT1にバンチャーを1台追加した新MEBT1の設計について長く議論がなされてきた。一方、MEBT1では空間電荷効果が非常に強く顕在化することに加えて、DTLセクション内でビームモニタ類の設置が難しいこともあり、数値シミュレーションを用いて現状の実験結果を明らかにすることが難しい状況にある。そこで、まずは系統的なビーム実験を行い、MEBT1にバンチャーを追加することで、どの程度ビームの質の向上が見込めるかを調査した。ビーム実験結果とMEBT1を作り変えることにより発生するリスクとの兼ね合いを検討した結果、J-PARC加速器における1MW強のビームパワーの達成を目標とする上で、新MEBT1設置のメリットは少なく、現行のMEBT1で十分対応可能であると判断した。本講演ではMEBT1に関するビーム実験結果と新MEBT1の検討過程について報告する。

The J-PARC linac has a medium energy beamline (MEBT1) between RFQ and DTL. The MEBT1 is equipped with an RF beam chopper system to control the macro-bunch beam shape in the longitudinal direction so as to match the Circular Accelerator (RCS) in the latter stage. Two buncher cavities are installed in the existing MEBT1 for the matching the longitudinal shape of the beam with the chopper system and the downstream DTL. However, in principle, a total of three bunchers are required: one for the chopper system and two for beam shape matching with the DTL. Therefore, there have been long discussions about the design of the new MEBT1, which is an MEBT1 with a buncher added. On the other hand, in MEBT1, the space charge effect is very strong, and it is difficult to install beam monitors in the DTL section, so it is difficult to clarify the current experimental results using numerical simulations. We first conducted systematic beam experiments to investigate how the beam quality could be improved by adding a buncher to the MEBT1. As a result of examining the risks and benefits that would improve from remaking MEBT1 from the results of beam experiments, it was found that there was little merit in installing the new MEBT1 in terms of achieving a beam power of a little over 1 MW at the J-PARC accelerators. It was determined that the MEBT1 of 1 can be adequately handled. In this paper, we report the results of beam experiments on the MEBT1 and the review process of the new MEBT1.