J-PARC 3GeVシンクロトロンにおける純炭素フォイルによる荷電変換への挑戦

Challenge to charge exchange with pure carbon foil in the J-PARC 3GeV synchrotron

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まで加速している。これまでRCSでは、HBCフォイル(Hybrid Boron mixed Carbon stripper foil)とカネカ社製のグラフェン薄膜(GTF: Graphene Thin Film)の2種類を荷電変換フォイルとして使用してきた。HBCフォイルとは100g/cm以上の厚い炭素フォイルを安定的に作製するために高エネルギー加速器研究機構(KEK)で開発された手法である。当初はKEKで作製されたフォイルを使用してきたが、2017年からは原子力機構でHBCフォイルの作製を開始し、以来これを使用している。近年、アーク蒸着法では作製が困難と言われてきた厚い純炭素フォイルの成膜に成功した。新たな試みとして、この純炭素フォイルを2023年3月からの利用運転で使用した。結果、HBCフォイルとGTFでは使用時間の経過とともに、荷電変換されずにビームダンプに廃棄されるビーム量の増加傾向が観察されたが、純炭素フォイルではこの傾向がなく、安定的に荷電変換が可能であった。本発表ではこれら3種類の荷電変換フォイルの使用状況について報告する。

In the J-PARC 3GeV Rapid Cycling Synchrotron (RCS), the 400MeV H beam is changed to H+ beam by a charge exchange foil and accelerated to 3GeV. So far, RCS had used two types of charge exchange foil. One is the HBC (Hybrid Boron mixed Carbon) foil and the other is the Kaneka GTF (Graphene Thin Film). HBC foil is a patented deposition method developed at KEK for the stable production of thick carbon foil. Initially, the RCS used HBC foil produced atKEK. However, in 2017, JAEA had started HBC foil production and has been using it since then. Recently, we have succeeded in depositing thick pure carbon foil, which had been considered difficult to produce by the arc deposition method. As a new challenge, this pure carbon foil was used in the user operation from March 2023. As a result, Pure carbon foils showed less deformation and more stable charge exchange performance than HBC and GTF.