Beam transient studies for the JAEA-ADS LEBT

JAEA-ADS LEBTのビーム過渡研究

Yee-Rendon, B.; 近藤 恭弘   ; 田村 潤  ; 前川 藤夫  ; 明午 伸一郎   

Yee-Rendon, B.; Kondo, Yasuhiro; Tamura, Jun; Maekawa, Fujio; Meigo, Shinichiro

日本原子力研究開発機構(JAEA)は、放射性廃棄物核変換のための30MW CW陽子線形加速器(リニアック)を設計している。高出力加速器の低損失と高ビーム品質を達成する上で、特に空間電荷力が大きくなる低エネルギー部において空間電荷の緩和が主な課題である。空間電荷の影響を打ち消すために、低エネルギービーム輸送(LEBT)は、ビーム電荷の中和により空間電荷補償を可能にする静磁場設計を用いており、主ビームと対向する電離粒子との間の電荷平衡に達する蓄積プロセスにより中和する。しかし、ADSのビーム出力上昇時に用いられるチョッパーにより平衡状態は逸脱する。このため、ビーム出力の過渡状態においてビーム光学系は最適とならず、加速器に深刻な劣化をもたらす可能性がある。従って、これらのビーム出力上昇時におけるビーム挙動の解析は、リニアックのロバストな設計と効率的な運転を開発するために不可欠でとなる。本研究では、JAEA-ADS LEBTの中性化ビルドアップとチョッパー運転時のビームダイナミクスの検討を行った。

The Japan Atomic Energy Agency (JAEA) is designing a 30-MW CW proton linear accelerator (linac) for nuclear waste transmutation. Space-charge is the primary challenge in achieving low losses and high beam quality for high-power accelerators, especially at low energy levels where space-charge forces are greater. To counteract the space-charge effects, the low-energy beam transport (LEBT) uses a magnetostatic design to enable the neutralization of the beam charge, the so-called space charge compensation. The neutralization is an accumulation process that reaches a charge balance between the main beam and the opposite ionized particles. However, this equilibrium is destroyed by the chopper system used during beam ramping. During those transient regimes, the beam optics conditions are not optimal for the beam, producing considerable degradation that can end in serious damage to the accelerator. Thus, analysis of beam behavior at these periods is essential to develop a robust design and an efficient operation of the JAEA-ADS linac. This study presents the beam dynamics of neutralization build-up and chopper operation for the JAEA-ADS LEBT.